DE2538652A1 - Elektrolytisches feinbohrverfahren - Google Patents

Description

MOTOBEN- UND TUBBIHEiJ-UiJION 9 S Ί 8 6 5 2

MÜNCHEN GMBH. ΙΌ Ο 0Ό ^t.

München, den 27. August 1975

Elektrolytisches Feinbohrverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrolytisches Feinbohrverfahren zur Herstellung von Bohrungen, deren Achsen Neigungen von etwa 2 bis 2o gegen die Werkstückoberfläche aufweisen, mittels einer Eöhrchenelektrode, durch die ein Elektrolytstrom auf das Werkstück gerichtet ist.

Das Prinzip des elektrolytxschen Feinbohrens ist z.B. aus der DT-OS 2 135 2o7 bekannt. Es zeigt sich jedoch, daß bei Bohrungen, deren Achsen geringe Neigungen gegen die Werkstückoberfläche aufweisen, d.h. also nicht wie üblicherweise rechtwinkelig zur Werkstückoberfläche stehen, die bekannten elektrolytischen Feinbohrverfahren nicht anwendbar sind, da es im Bereich der stumpfen Vorderkante solcher Bohrungen zu unkontrollierten Werkstückabtragungen kommt, so daß der Durchmesser dieser Bohrungen im Bereich der Werkstückoberfläche unzulässig groß wird. Solche unkontrollierten Werkstückabtragungen sind darauf zurückzuführen, daß im spitzen Winkelraum zwischen fiöhrchen-

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elektrode und Werkstück der Elektrolyt ein Wirbelfeld ausbildet, in dem Wasserstoffbläschen enthalten sind. Dadurch wird der elektrische Widerstand dort stark verringert, so daß sich hohe Stromspitzen ergeben. Nun ist aber gerade bei Bohrungen mit geringer Neigung gegen die Werkstückoberfläche das elektrolytische Feinbohrverfahren vom Prinzip her besonders geeignet, da herkömmliche Bohrverfahren mit Spiralbohrern bei solchen Aufgaben von vorneherein wegen des Abrutschens der Bohrer nur mit großen Schwierigkeiten durchführbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe es möglich ist, Bohrungen unter geringen Neigungen gegen die Werkstückoberfläche nach dem elektrolytisehen Feinbohrverfahren herzustellen, ohne daß dabei die oben erwähnten nachteiligen Begleiterscheinungen auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß beim Bohrvorgang auf die Werkstückoberfläche ein Führungskörper dichtend so aufgesetzt wird, daß eine Fläche dieses Führungskörpers mit der Werkstückoberfläche einen konischen Winkelraum bildet, dessen öffnungswinkel etwa doppelt so groß ist, wie der Anstellwinkel der Eöhrchenelektrode zur Werkstückoberfläche und dessen Scheitel im Bereich der scharfen Bohrungsoberkante liegt.

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Der Hauptvorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch den um die Röhrchenelektrode ausgebildeten konischen Winkelraum eine geordnete Rückströmung des Elektrolyten erzielt wird und so die Wasserstoffbläschen im Elektrolyten zwangsweise mit hoher Geschwindigkeit abgeführt werden, so daß der Anstellwinkel der Röhrchenelektrode von Anfang an so eingestellt werden kann, wie es der Bohrungsachse entspricht. Darüber hinaus wird durch den Führungskörper vermieden, daß der Elektrolytstrom sehr große Bereiche um die eigentliche Bohrung herum beaufschlagt.

Erfindungsgemäß soll eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer in Reihe liegender paralleler Bohrungen dadurch gekennzeichnet sein, daß durch Verwendung eines prismatischen Führungskörpers ein keilförmiger, mit ebenen Flächen begrenzter Winkelraun geschaffen wird, dessen Schneide tangential zu den scharfen Bohrungsoberkanten verläuft. Der Vorzug dieser Ausführungsform des Verfahrens ist vor allem darin zu sehen, daß Bohrungsreihen oder auch schmale Schlitze (als ineinander übergehende, in Reihe angeordnete Einzelbohrungen) hergestellt werden können und der hierzu notwendige Führungsköroer eine besonders einfache äußere Form aufweist.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll zur Abdichtung des Spaltes zwischen Führungskörper und Werkstückoberfläche der Führungskörper mittels einer geeigneten Spannvorrichtung gegen die Werkstückoberfläche gedrückt werden. Ein solches Zusammenspannen ist die einfachste Methode um möglichst dichtes Anschließen des Führungskörpers an die Werkstückoberfläche zu erzielen und insofern wenig aufwendig, als beim elektrolytischen Bohrvorgang ohnehin eine Halterung für das Werkstück benötigt wird, die ohne Schwierigkeiten als Spannvorrichtung ausgebildet werden kann. Die Abdichtung des Spaltes zwischen dem Führungskörper und der Werkstückoberfläche ist wesentlich, damit kein, wenn auch noch so kleiner Elektrolyt strom durch den Spalt stattfinden kann, da hierdurch wieder unkontrollierter Werkstoffabtrag entstehen würde.

Schließlich soll nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Führungskörper aus einem Werkstoff bestehen, der in Salpeter- oder Schwefelsäure auch bei anodischer Polarisation stabile Passivschichten bildet, wie e.B. Graphit oder nicht rostende ferritische Stähle nach DIN 17006 z.B. X 1o Cr 13. Die Auswahl gerade solcher Werkstoffe ist deshalb angebracht, weil sie nicht nur gegenüber der Elektrolytflüssigkeit, die unter anderem Salpeter- oder Schwefelsäure ist, resist ent sind, sondern die Führungskörper auch nicht zu spröd

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sein dürfen, -e s, damit geringe Fassungsdifferenzen zwischen den Anlageflächen durch elastische Verformung ausgeglichen werden können. Schließlich soll das Material für die Führungskörper auch nicht zu teuer sein, eine Forderung, die von den angegebenen Werkstoffen ebenfalls erfüllt wird.

Anhand der beigefügten Zeichnung werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Aufbau zur Durchführung des Verfahrens im Querschnitt schematisch,

Fig. 2 einen Aufbau zur gleichzeitigen Herstellung

mehrerer in Reihe liegender paralleler Bohrungen im Schrägbild.

Dabei sind in Fig. 1 und Fig. 2 gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist das mit Λ bezeichnete Werkstück eine Turbinenschaufel, von der nur der hintere Teil mit einer scharfen Hinterkante gezeigt ist, wobei sich die scharfe Hinterkante aufgrund der starken Vergrößerung als abgerundete Kante darstellt. In die konkave Werkstückoberfläche 2 soll etwa in

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Richtung der Schaufellängsachse eine Bohrung 3 nach dem elektrolytischen Feinbohrverfahren eingebracht werden. Zu diesem Zweck wird eine Röhrchenelektrode 4 in unmittelbare Nähe der konkaven Oberfläche 2 gebracht und zwar so ausgerichtet, daß ihre Mittelachse mit der Bohrungsachse der Bohrung 3 zusammenfällt. Vor Beginn des Elektrolytstromes (Pfeilrichtung) aus der Eöhrchenelektrode 4- wird auf die Oberfläche 2 ein Führungskörper 5 dichtend aufgesetzt (Dichtfläche 6) und zwar so, daß eine weitere Fläche 7 dieses Führungskörpers 5 mit der Werkstückoberfläche 2 einen konischen Winkelraum 8 bildet, dessen öffnungswinkel/3 etwa doppelt so groß ist, wie der Anstellwinkel Oi^der Röhrchenelektrode 4- zur Werkstückoberfläche 2. Der Führungskörper 5 wird so angesetzt, daß der Scheitel des Winkelraums 8 im Bereich der scharfen Bohrungsoberkante 13 der Bohrung 3 liegt.

Mit dem in Fig. 2 dargestellten Verfahrensaufbau sollen gleichzeitig mehrere in Reihe liegende parallele Bohrungen in einem Werkstück 1 hergestellt werden. Beim Werkstück handelt es sich wieder um eine Turbinenschaufel in deren konkaver Oberfläche 2 von der Hinterkante 1o her etwa in Schaufellängsrichtung verlaufende Bohrungen hergestellt werden sollen. Dabei kann es sich um eine Reihe mehrerer mit Abstand nebeneinander liegender paralleler Bohrungen handeln, oder aber um eine schlitzartige Bohrung, die durch das Ineinanderlaufen mehrerer nebeneinanderliegender Einzel-

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bohrungen entsteht. Die Röhrchenelektrode 4 umfaßt demzufolge eine Vielzahl nebeneinander liegender Röhrchen* Zur Durchführung der Bohrung wird nun auf die konkave Werkstückoberfläche 2 ein prismatischer Führungskörper 5 mit einer Dichtfläche 6 auf die Werkstückoberfläche 2 aufgesetzt und mittels einer Spannvorrichtung gegen diese Oberfläche 2 gedrückt. Die Spannvorrichtung besteht aus einem Formbacken und einem Spannbacken 12, die über einen Verschlußhebel 14, der mit einem Keilstück zusammenwirkt, gegeneinander verspannbar sind. Diese Spannvorrichtung steht jedoch nur beispielsweise für jede beliebige Art von Spannvorrichtung, die für das Zusammenspann en des Führungskörpers 5 mit dem Werkstück 1 verwendbar ist. Der prismatische Führungskörper 5 bildet zusammen mit der Oberfläche 2 des Werkstücks 1 einen keilförmigen, mit ebenen Flächen begrenzten Winkelraum 8, wobei der prismatische Führungskörper 5 in einer solchen Position angesetzt ist, daß die Schneide des Winkelraumes 8 tangential zu den scharfen Bohrungsoberkanten, der in das Werkstück 1 mittels der Röhrchenelektrode M- einzubringenen Bohrungen verläuft. Ein Querschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 2 würde genau das gleiche Bild ergeben, wie es in Fig. für die Herstellung einer Bohrung aufgezeigt ist. Es liegen also bei der Anordnung gemäß Fig. 2 bezüglich der Position des Führungskörpers 5 zu den Bohrungen 3 sowie bezüglich des öffnungswinkels des Winkelraumes 8 die gleichen Verhältnisse vor wie bei der Anordnung nach Fig. 1.

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Zur Herstellung eines Schlitzes mit konstanter Breite kann nach einer ersten Bearbeitungsstufe, bei der ein Durchbruch entsteht, der aus auf einer Linie angeordneten sich überschneidenden Kreisquerschnitten besteht, in einer oder mehreren folgenden Bearbeitungsstufen mit Werkzeugen, die dem beschriebenen bei einer um Λ verringerten Anzahl von Glasröhrchen entsprechen und die um den halben Röhrchenabstand in der Längsrichtung des Schlitzes gegenüber der Eöhrchenmittenposition der ersten Bearbeitungsstufe versetzt sind, die gewünschte Querschnittsform des Schlitzes erreicht -werden.

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Claims (4)

1. MOTOREN- UND TURBINEN-UNION 2538652

   MÜNCHEN GMBH.

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   Patentansprüche

   ./Elektrolytisches Feinbohrverfahren zur Herstellung von S ' etwa

   Bohrungen, deren Achsen Neigungen von/2 bis 2o gegen die Werkstückoberfläche aufweisen mittels einer Röhrchenelektrode, durch die ein Elektrolyt strom auf das Werkstück gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bohrvorgang auf die Werkstückoberfläche (2) ein Führungskörper (5) dichtend so aufgesetzt wird, daß eine Fläche (7) dieses Führungskörpers mit der Werkstückoberfläche (2) einen konischen Winkelraum (8) bildet, dessen öffnungswinkel (/S) etwa doppelt so groß ist wie der Anstellwinkel der Röhrchenelektrode (4-) zur Werkstückoberfläche (2), und dessen Scheitel im Bereich der scharfen Bohrungsoberkante (13) liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer in Reihe liegender paralleler Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung eines prismatischen Führungskörpers (5) ein keilförmiger mit ebenen Flächen

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   begrenzter Winkelraum (8) geschaffen wird, dessen Schneide tangentail zu den scharfen Bohrungsoberkanten verläuft.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des Spaltes zwischen Führungskörper und Werkstückoberfläche der Führungskörper (5) mittels einer geeigneten Spannvorrichtung (11, 12, 14) gegen die Werkstückoberfläche (2) gedrückt wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (5) aus einem Werkstoff besteht, der in Salpeter- oder Schwefelsäure auch bei ano^discher Polarisation stabile Passivschichten bildet, wie z.B. Graphit oder nicht rostende ferritische Stähle nach DIN 1?oo6 z.B. X 1o Cr 13.

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