DE2631946A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektrochemischen bearbeitung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipi.-1 ηg. C u rt Wal Iach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

2631946 DipL-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ^o Juli 19?6

Unser Zeichen: 15 5Ö2 - K/Ap

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk.House, St, James's Square, London, SWlY 4JR / England

Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung nur eines ge»
wählten Teils eines Werkstücks.

Es ist bekannt, den Elektrolyten einem Spalt zwischen einer Anode und einer Kathode zuzuführen, um den Spalt mit einem elektrischen Strom zu überbrücken und eine Auflösung des
Materials der Anode zu bewirken, die das zu formende Werk= stück bildet und als Kathode geschaltet ist_o Bei dem bekannten Verfahren zur Zuführung eines Elektrolyten wird eine Elektrolyt-Strömung durch den Spalt derart zugeführt, daß die erwünschte elektrochemische Bedingung erzeugt wird, um die
Anode an dieser Fläche aufzulösen*

Diese Strömungsverfahren benutzen unnötig große Mengen von Elektrolyten, d.h» mehr als tatsächlich notwendig ist, um
die Bearbeitung durchzuführen und dadurch wird es unmöglich, die Streustrombeaufschlagung auf denen Teilen des Werkstücks zu beobachten, die keiner Bearbeitung bedürfen,,

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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, nur einen vorgewählten Abschnitt oder Abschnitte eines Werkstückes elektrochemisch zu bearbeiten«, indem ein Elektrolyt in den Spalt zwischen Anode und Kathode zugeführt wird-, und zwar in der Weise., daß eine Zuführung überschüssiger Elektrolytmengen verhindert wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks in der Weise durchgeführt wird, daß eine Werkstückanode und wenigstens eine Bearbeitungskathode benachbart zueinander unter Belassung eines Spaltes dazwischen angeordnet werden, daß ein Streifen elektrisch inerten Absorbierungsmaterials in den Elektrolyten eingetaucht und durch den Spalt so geführt wird, daß dieser über wenigstens einen Teil der Länge überbrückt wird, so daß ein elektrischer Strom von der Anode nach der Kathode über den Elektrolyten in dem Absorbierungsmaterial fließen kann und die Möglichkeit geschaffen wird, das Werkstück an der betreffenden Stelle au bearbeiten.

Die Erfindung bezieht sieh weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und die Vorrichtung weist einen Elektrolytträger in Gestalt eines elektrisch inerten* absorbierenden Streifens aus einem Material auf _s das vom inneren Aufbau eines Elektrolytirorratsbehälters beweglieh getragen wird, wobei der Behälter einer elektrochemischen Werkzeugmaschine zugeordnet ist und der Träger des Streifens so ausgebildet ist, daß im Betrieb ein Teil des Streifens zunächst durch den Elektrolyt und dann zwischen Anodenwerkstück und wenigstens eine Bearbeitungskathode läuft, die von der Anode durch einen Spalt getrennt ist, wobei die Dicke des Streifens ausreicht um den Spalt zu überbrücken und den Durchtritt des elektrischen Stromes über den Spalt über den Elektrolyten im Streifen zu ermöglichen.

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ORfGiMA INSPECTED

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur elektrolytischen Bearbeitung nach der Erfindung;

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Teilansicht der Vorrichtung nach Figur 1;

Fig. j3 iⁿ größerem Maßstab eine andere Teilansicht der Vorrichtung nach Figur 1;

Fig. 4 - eine der Figur 3 entsprechende Teilansicht in einem anderen Verfahrensstadium;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform;

Fig. 6

bis 8 in größerem Maßstab Ansichten der Vorrichtung nach Figur 5.

Gemäß Figur 1 ist ein endloser Riemen 10 aus Gewebe über eine Rollenanordnung 8 geführt und bewegt sich in Längsrichtung im Gegenuhrzeigersinn gemäß Figur 1 über die Rollen. Der untere Abschnitt des Riemens läuft durch einen Elektrolyt-Vorratsbehälter 24 und saugt aus diesem Elektrolyten auf. Wenn sich der Riemen bewegt, durchläuft der Riemenabschnitt mit aufgesaugtem Elektrolyten zunächst ein erstes und zweites Rollenpaar 28 bzw* 30 und der größte Teil des Elektrolyten wird durch die dicht benachbart zueinander angeordneten Walzen ausgequetscht. Danach durchläuft der nunmehr nur noch feuchte Riemenabschnitt den Spalt zwischen einer Zusatzanordnung von Kathode I6a und Anode 16b, die gegeneinander federbelastet sind und zwischen denen ein Potential von 10V steht. Infolge

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dessen wird der in dem Riemen bzw. Band verbliebene Elektrolyt nach vorherigem Ausquetschen erhitzt. Dadurch wird gewährleistet, daß der Elektrolyt in dem nunmehr feuchten Bandabschnitt genügend elektrisch leitfähig wird um eine Bearbeitung stattfinden zu lassen, obgleich nur eine geringe Elektrolytmenge in dem Riemenabschnitt enthalten ist. Der feuchte Riemenabschnitt bzw. Bandabschnitt läuft dann durch einen Spalt 22 zwischen der Formgebungskathode 12 und der Werkstückanode 14, die jeweils Teile einer elektrochemischen Werkzeugmaschine umfassen und darin gelagert sind, um bearbeitet zu werden, und diese Elektroden sind gegeneinander vorgespannt. Während der feuchte Bandabschnitt den Spalt 22 durchläuft, wird der Strom so eingestellt, daß sich eine Stromdichte von 3,9A/cm (25A/Quadratfuß) bei einem Potential von 10V einstellt, und dieser Strom zwischen der Kathode 12 und der Anode 14 über den Elektrolyten im Band 10 fließt. Der Stromfluß wird dadurch möglich, daß die Banddicke genügend groß gewählt ist um den Spalt 22 anfänglich nur an jedem Ende der Kathode 12 zu überbrücken, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, und abschließend über die gesamte Stirnfläche der Kathode wie dies aus Figur 4 ersichtlich ist.

Der Bearbeitungsprozeß kann jederzeit angehalten werden, bevor die volle Stirnberührung zwischen der gekrümmten Fläche der Kathode 12 und dem Riemen 10 erreicht ist, was eine Ausbildung gemäß Figur 5 zur Folge hat, d.h. die Werkstückanode 14 hat gekrümmte Enden und einen flachen Mittelteil, weil der Luftspalt zwischen dem Mittelabschnitt und der Kathodenfläche und dem Band 10 verbleibt, und dieser Lufteinschluß eine wirksame Isolation gegen den Stromdurohtritt an dieser Stelle bildet. Diese "geographische" Steuerung der bearbeiteten Flächen wird durch die Art und Weise möglich, in der eine kleine Menge von Elektrolyten nur an jene Flächen herangeführt wird, über denen der elektrolytische Strom hindurchtreten soll,

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nämlich durch das Band 10, wobei die übrigen Flächen, die von der Kathode und der Anode bestimmt werden, frei von Elektrolyten gehalten werden.

Das Band 10 besteht aus gewobener Baumwolle, die im trocknen Zustand elektrisch nicht leitfähig ist. Auf diese Weise kann die Leitfähigkeit des Bandes durch die Menge des Elektrolyten und durch seine Temperatur gesteuert werden, d.h. durch jene Menge, die nach dem Ausquetschen im Band verbleibt. Das Band kann jedoch aus einem Gewebe aus Baumwolle und synthetischen Pasern hergestellt sein, wobei beim Quetschen des Bandes der Elektrolyt von der Baumwolle in die Zwischenräume des synthetischen Abschnitts des Bandes eingequetscht wird und so stromleitend wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Vibrator 26 vorgesehen, der einen Teil des Bandes innerhalb des Elektrolyten in Schwingungen versetzt, um das Band von metallischen Partikeln zu säubern.

Die Bandenden sind durch Ultraschalldeformation eines gemeinsamen Plastikclips an beiden Enden des Bandes verbunden, jedoch könnten die Bandenden auch durch Klammern oder Vernähung miteinander verbunden sein. Außerdem kann das Band und seine Lagerung derart ausgebildet werden, daß nur eine geradlinige Bewegung, beispielsweise nach Art einer Kamera-Filmpatrone erforderlich ist.

Ein Bearbeitungsvorgang wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt, :

Werkstücks 12 1/2$ Chromstahl-Flachplatte mit einer Dicke von 0,9mm (0,036")

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Elektrolyt: 12 1/1% Nadiumchlorid bei 30⁰C.

Bandgeschwindigkeit 5,4m/min.

Bandbreite 30mm

elektrische Bedingungen: 10 Volt und j5,9A/cm Heizelementpotential: 12 Volt Bearbeitungsrate: 0,062mm/min (0,0025 Zoll/min)

Das Ergebnis ist aus Figur 4 ersichtlich, wobei die Enden der Platten 0,11mm bzw. 0,17mm dick waren, während der Mittelabschnitt 0,9mm dick war. Auf diese Weise ergab sieh ein geographisches Bearbeitungsratenverhältnis in der Größenordnung von 50:1 von dem Ende nach dem höchsten Teil. Der wichtigste Punkt jedoch, was die geographische Auswahl der Bearbeitung anbelangt, wird durch die Tatsache bestimmt, daß obgleich eine Bearbeitung der Enden erfolgte, nur 0,025mm vom Mittelteil abgetragen wurden. Es wird angenommen, daß dies eine Folge davon ist* daß der Riemen zwischen den Enden der Kathode weniger komprimiert war als gegenüber den Enden der Kathode, was zu einer weniger dichten Masse des Elektrolyten in der Mitte führte, wodurch wiederum wirksam die Leitfähigkeit an dieser Stelle vermindert wurde.

Die vorstehenden Bearbeitungsbedingungen wurden auch zum Zwecke der Bearbeitung eines Titanwerkstücks benutzt. Obgleich jedoch eine Bearbeitung stattfand, zeigte sich daß die bearbeitete Oberfläche rauh war. Dies war eine Folge der niedrigen benutzten Stromdichte.

Die der Aufheizung des Bandes dienenden Elektroden, d.h. die Anode 16a und die Kathode 16b sind in einer Schaltung angeordnet, welche von der Anode 12 und der Kathode 14 getrennt ist, so daß vermieden wird, daß die Spannung zwischen ihnen durch elektrische Bedingungen über den Spalt 22 beeinflußt wird.

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Figur 5 läßt die Wirksamkeit der Erfindung bei der gleichzeitigen Bearbeitung gegenüberliegender Seiten eines Werkstücks erkennen. Bei dieser Anordnung wird der Mittelabschnitt jenes Teils des Bandes, der normalerweise im Elektrolyten liegt, vom Elektrolyten angehoben und läuft an der Unterseite des Werkstücks zwischen diesem und einer weiteren Elektrode 12b durch. Der aus dem Elektrolyten herauslaufende Abschnitt wird durch eigene Rollen 28a, 50a, ausgequetscht und durch eigene Zusatzkathoden l6c, I6d erhitzt, bevor das Band über die Flächen des Werkstücks läuft.

Bei der Anordnung gemäß Figur 1 ist die Bearbeitungselektrode 12 auf das Werkstück hin federbelastet, jedoch in Figur 5 wird das Andrücken beider Elektroden 12, 12b durch eine einfache Tasterschenkelanordnung ^O bewirkt.

Um eine Reinigung des Bandes nach Durchlaufen einer Oberfläche des Werkstücks zu bewirken bevor die andere Werkstückoberfläche erreicht wird, oder bevor die gleiche Oberfläche wieder erreicht wird, sind zwei Vibratoren 26 vorgesehen, und zwar je eine auf jeder Seite des Vorratsbehälters 24.

Patentansprüche :

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   l.^; Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines —■ Werkstücks, wobei eine Werkstückanode und wenigstens eine Bearbeitungskathode benachbart zueinander unter Belassung eines Spaltes dazwischen angeordnet werden, dadurch gekennz eichnet, daß ein Band (10) aus elektrisch inertem, absorbierendem Material mit einem Elektrolyten getränkt wird, daß dieses Band dann durch den Spalt (22) hindurchgeführt wird, um diesen Spalt über wenigstens einen Teil der Länge zu überbrücken, derart daß ein elektrischer Strom von der Anode (14) nach der Kathode (12) über den Elektrolyten in dem absorbierenden Material gelangen kann, damit die Bearbeitung des Werkstücks (14) erfolgen kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß das Band nach der Tränkung und vor Einlauf in den Spalt (22) ausgequetscht wird, so daß es nur feucht ist, und daß dann eine Erhitzung des Bandes bewirkt wird, um die Leitfähigkeiten des im Band (10) verbliebenen Elektrolyten zu erhöhen und so die Bearbeitung des Werkstücks (14) zu verbessern.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückanode (14) und wenigstens eine Kathode (12) so bewegt werden, daß der Spalt (22) dazwischen vermindert wird, während die Bearbeitung erfolgt, so daß die Überbrückung des Spaltes (22) durch das Band aufrechterhalten bleibt.

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4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolytträger in Gestalt eines elektrisch inerten, absorbierenden Bandes (10) vorgesehen ist, welches durch einen Elektrolyt-Vorratsbehälter (24) hindurchgeführt wird, und daß die Führung des Bandes (10) der Art ist, daß im Betrieb ein Teil des Bandes (10) zunächst durch den Elektrolyten und dann zwischen eine Werkstückanode (14) und wenigstens eine Bearbeitungskathode (12) hindurchgeführt wird, die durch einen Spalt (22) getrennt sind, wobei die Dicke des Bandes (10) genügend groß ist um den Spalt (22) zu überbrücken, und einen Stromübertritt über den Spalt (22) und durch den Elektrolyten des Bandes hervorzurufen.
5. 5, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolytträger in Gestalt eines elektrisch inerten, absorbierenden Bandes (10) beweglich innerhalb eines Elektrolyt-Vorrätsbehälters (24) getragen wird, der einer elektrochemischen Werkzeugmaschine zugeordnet ist, und daß das Band (10) so getragen wird, daß im Betrieb wenigstens ein Teil des Bandes (10) zunächst durch einen Elektrolyten und dann zwischen eine Werkstückanode (14) und wenigstens eine Bearbeitungskathode (12) hindurchgeführt wird, welche durch einen Spalt (22) getrennt sind, und daß die Dicke des Bandes (10) ausreicht, um den Spalt (22) zu überbrücken, und daß Mittel (16a, 16b; 28," 50) zwischen dem Austritt des Bandes (10) aus dem Elektrolyten und dem Einlauf in den

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   ORIGINAL INSPECTED

   Spalt vorgesehen sind, um den Streifen auszuquetschen und wenigstens einen Teil des Elektrolyten abzuführen, und um das Band (10) nach dem Ausquetschen zu erhitzen, um die elektrische Leitfähigkeit des im Band verbliebenen Elektrolyten zu verbessern.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß zwei Quetschwalzen (28, 30) im Elektrolyt-Vorratsbehälter (24) angeordnet sind, die vom Band (10) beim Austritt aus dem Elektrolyten durchlaufen werden, und daß diese Quetschwalzen (28, 30) genügend dicht benachbart zueinander angeordnet sind, um einen Druck auf das Band (10) auszuüben, und daß zwei gegenüberliegende Heizelemente (16a, 16b) vorgesehen sind, über denen ein elektrisches Potential aufrechterhalten wird, und zwischen denen das Band (10) nach erfolgter Ausquetschung und vor Einlauf in den Spalt (22) hindurchgeführt wird.

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   Le e rs e i t e