DE2943418A1 - Elektrodenwerkzeug zur elektrochemischen bearbeitung - Google Patents

Elektrodenwerkzeug zur elektrochemischen bearbeitung

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DE2943418A1 DE19792943418 DE2943418A DE2943418A1 DE 2943418 A1 DE2943418 A1 DE 2943418A1 DE 19792943418 DE19792943418 DE 19792943418 DE 2943418 A DE2943418 A DE 2943418A DE 2943418 A1 DE2943418 A1 DE 2943418A1
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Renato Biondi
Giuseppe Capello
Vittorio Giordano
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Centro Ricerche Fiat SCpA
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Description

Patentanwälte Dipl.- ing. H. We? ckma-jn, Γ-ipl.-Phys. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska
-ζ-
__ 8000 MÜNCHEN 16, DEN
o 13 Γ t
POSTFACH 160120
MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 91)921/22 CENTRO RICERCHE FIAT S.p.A. Strada Torino 50 Orbassano (Turin) Italien Elektrodenwerkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung
030019/0865
Die Erfindung betrifft ein Elektrodenwerkzeug zur elektrochemischen Bearbeitung von Metallwerkstücken, insbesondere zur Erzeugung hinterschnittener Aussparungen.
Unter einer "hinterschnittenen Aussparung" soll im folgenden ein pilzförmiger Hohlraum mit einer Eintrittsöffnung verstanden werden, die kleiner als die größte Abmessung des Hohlraums ist.
Bisher wurden Aussparungen dieser Art in Metallwerkstücken, beispielsweise in Ventiltellern für Brennkraftmaschinen, durch ein elektrisches Entladeverfahren unter Verwendung einer hierzu geeigneten Elektrodenvorrichtung oder nach einem Präzisionsgußverfahren hergestellt.
Das Bearbeiten durch Elektroentladung ist ein kostspieliges Verfahren, da es zeitaufwendig ist und ein erhöhter Elektrodenverbrauch auftritt, Der PräzisionsguS ist wirtschaftlicher f jedoch entstehen hier Montageprobleme, die nicht immer leicht zu lösen sind. Beispielsweise werden beim Zusammenbau eines geschmiedeten Teils und eines durch Präzisionsguß hergestellten Teils die Kosten des Endprodukts wesentlich erhöht. Ferner ist der Präzisionsgufi relativ begrenzt anwendbar, da er auf bestimmte Materialdicken und auf bestimmte Materialarten beschränkt ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin« ein Elektrodenwerkzeug anzugeben, das zur Bearbeitung eines jeden metallischen Materials geeignet ist, relativ große Materialmengen in relativ kurzer Zeit beseitigt und dabei praktisch keinen Elektrodenverbrauch zeigt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der UnteranSprüche.
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Ein AusfUhrungsbelspiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den Längsschnitt eines Elektrodenwerkzeugs nach der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des in Fig. 1 gezeigten Werkzeugs,
Fig. 3, 4 und 5 die Schnitte II1-III, IV-IV und V-V aus Fig. 1,
Fig. 6 den Längsschnitt eines gegenüber Fig. 1 abgeänderten Teils des Werkzeugs,
Fig. 7 ein Elektrodenwerkzeug nach der Erfindung im Betrieb in Verbindung mit einem elektrischen Speisestromkreis und
Fig. 8 eine Darstellung ähnlich Fig. 7, wobei das Werkzeug mit einer Speisevorrichtung für elektrolytische Flüssigkeit verbunden ist.
In Fig. 1 ist ein Elektrodenwerkzeug 1 dargestellt, das einen zylindrischen Schaft 2 mit einem mit Außengewinde versehenen Mittelteil 3 hat, der von einem ersten zylindrischen Endteil 4 durch einen Ringflansch 5 getrennt ist. Der Flansch 5 bildet einen Sitz für einen Rohranschluß 6, der auf den zylindrischen Endteil 4 formschlüssig aufgesetzt ist, so daß er am Flansch 5 anliegt. Der Rohranschluß 6 ist am Endteil 4 mit einer Schraube 7 fixiert, die in einer radialen Gewindebohrung 8 des Rohranschlusses 6 sitzt. Das innerste Ende der Schraube 7 sitzt in einer Ringnut 9, die in die Außenfläche des Endteils 4 des Schaftes 2 eingearbeitet ist. Der Rohranschluß 6 hat ein mit Außengewinde
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versehenes Ende 10, das in einen rohrförmigen Anschluß 11 einer Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) zum Anschluß des Werkzeugs 1 eingeschraubt werden kann.
Der Schaft 2 hat eine ebene Längsfläche 13, die über den mittleren Teil 3 verläuft und einen zweiten zylindrischen Endteil 12, der dem ersten Endteil 4 gegenüberliegt (Fig. 3) Eine Nut 14, die der ebenen Längsfläche 13 gegenüberliegt, ist in den Mittelteil 3 eingearbeitet.
Der Mittelteil 3 des Schaftes 2 trägt eine Mutter 15, die eine in axialer Richtung verlaufende Gewindebohrung 16 mit einer am Ende liegenden Ringnut 17 aufweist. Die Ringnut 1? nimmt einen Ring 18 drehbar auf, der in ihr mit einer ringförmigen Platte 19 gehalten ist, welche mit Schrauben 20 an der Stirnfläche der Mutter 15 befestigt ist, die dem zweiten Endteil 12 des Schaftes 2 zugewandt ist. Ein Radialstift 21 ist diarch den Ring 18 geführt und sitzt verschiebbar in der Nut 14, so daß eine Drehung des Rings 18 relativ zum Schaft 2 verhindern wird.
Der zweite Endteil 12 des Schaftes 2 hat einen kleineren Durchmesser als der Mittelteil 3 und sitzt in einer zylindrischen Hülse 22 aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Hülse 22 bildet mit der ebenen Längsfläche 13 einen in Längsrichtung verlaufenden Kanal 23 (Fig. 4), der einen Mittelteil einer Elektrode 24 verschiebbar aufnimmt^
Die Elektrode 24 hat die Form eines flexiblen Bandes mit rechteckfertigem Querschnitt. Ein Ende der Elektrode 24 ist an dem Ring 18 befestigt/ während das andere, freie Ende in einem zylindrischen Führungskopf 25 sitzt, der koaxial mit dem Schaft 2 angeordnet ist und lait diesem eine längliche Halterung für die Elektrode 24 bildet.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist der Führungskopf 25 an dem Schaft 2 mit einem Zapfen 26 lösbar befestigt, der in einen entsprechend geformten Sockel 27 eingesetzt ist, welcher in axialer Richtung in das freie Ende des zweiten Endteils 12 des Schaftes 2 eingearbeitet ist.
Der Zapfen 26 geht von einer flachen Stirnfläche 28 eines Teils 29 des Führungskopfes 25 mit verringertem Durchmesser aus. Der Teil 29 ist einstückig mit einem Teil 30 größeren Durchmessers verbunden, wobei durch den Durchmesserunterschied eine Ringkante 31 ausgebildet ist. Ein zylindrischer Vorsprung 32 ist am freien Ende des Teils mit größerem Durchmesser vorgesehen. Ein kappenförmiges Abstandselement 33 aus elektrisch isolierendem Material ist an dem Vorsprung 32 mit einem Radialbolzen 34 lösbar befestigt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hat das Werkzeug einen Längskanal 35, der einen Eintritt 36 mit relativ großem Querschnitt im ersten Teil 4 des Schaftes 2 aufweist. Ferner ist ein Zwischenteil 37 im übrigen Teil des Schaftes 2 bis zum Sockel 27 sowie ein durch den Zapfen 26 verlaufender Teil 38 vorgesehen, der den Zwischenteil 37 mit einem Abschnitt 39 verbindet, welcher in Längsrichtung durch den Führungskopf 25 verläuft. Der Endabschnitt 40 des durch den Führungskopf 25 verlaufenden Kanals ist gekrümmt und steht mit dem Außenraum über einen Austritt 41 in Verbindung, welcher in der zylindrischen Außenfläche 42 nahe dem Ende des Teils 30 des Führungskopfes 25 vorgesehen ist.
Ein Führungskanal 4 3 mit rechteckfÖrmigem Querschnitt ist in dem Führungskopf 25 vorgesehen. Der Kanal 43 hat einen ersten Abschnitt 44, der parallel zum Kanal 39 verläuft,
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und einen zweiten, gekrümmten Abschnitt 45, der parallel zu dem gekrümmten Endabschnitt des Kanals 35 verläuft. Der erste Abschnitt 44 des Kanals 42 steht mit der Außenseite an einem Ende über eine öffnung 46 in Verbindung, die in der Stirnfläche 28 des Teils 29 kleineren Durchmessers vorgesehen ist. Sie ist auf den Kanal 23 ausgerichtet, wenn der Führungskopf 25 an dem Schaft 2 befestigt ist. Der zweite Abschnitt 45 des Kanals 42 steht mit der Außenseite über eine öffnung 47 in Verbindung, die in der Mantelfläche 42 des Teils 30 größeren Durchmessers des Führungskopfes 25 zwischen der öffnung 41 und dem freien Ende vorgesehen ist. Die Elektrode 24 ist in dem Kanal 4 3 verschiebbar und ragt aus der öffnung 47 in etwa radialer Richtung heraus. Sie bildet auf diese Weise einen gekrümmten Abschnitt 24a mit einem Krümmungsradius, der praktisch mit demjenigen des zweiten Abschnitts 45 des Kanals 43 übereinstimmt. Die Länge dieses Endabschnitts 24a hängt von der Stellung der Mutter 15 auf dem Mittelteil 3 des Schaftes 2 ab.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Führungskopf 25 so ausgebildet, daß der gekrümmte Abschnitt 40 des Kanals 35 und der gekrümmte zweite Abschnitt 45 des Kanals 43 einen festen Krümmungsradius haben, dessen Wert die Arbeitsstellung des Endabschnitts 24a der Elektrode 24 relativ zum Führungskopf 25 bestimmt. Der Führungskopf 25 ist aus zwei ungleichen Teilen 48 und 49 zusammengesetzt. Der größere Teil 48 hat eine ebene Längsfläche 50, die von der Basis des Zapfens 26 bis zum zylindrischen Vorsprung 32 verläuft und an einer entsprechenden ebenen Längsfläche 51 des kleineren Teils 49 anliegt.
Die Längsfläche 50 hat zwei Nuten 52 und 53, die bei aneinanderliegenden Längsflächen 50 und 51 die Kanalabschnitte 39, 40 sowie den Kanal 43 bilden.
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Die Verbindung der beiden Teile 48 und 49 des Führungskopfes 25 mit aneinanderliegenden Längsflächen 50 und 51 erfolgt an einem Ende mit einer Schraube 54, die in Radialbohrungen 55, 56 der Teile 48, 49 eingeschraubt ist, und an dem anderen Ende mit einer zylindrischen Hülse Die Hülse 57 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material und ist auf den Teil 29 kleineren Durchmessers formschlüssig aufgesetzt, so daß sie an der Ringkante 31 anstößt. Die Hülse 57 hat einen Ringflansch 58, der an der Stirnfläche 28 anliegt, und eine Bohrung 59, die auf die Öffnung 46 ausgerichtet ist.
Um ein zufälliges Lösen des Führungskopfes 25 vom Schaft zu verhindern, ist dessen Sockel 27 mit einem radialen Stift 60 (Fig. 1) versehen, der an der Außenfläche des Zapfens 26 fixiert bzw. verschraubt ist.
Fig. 6 zeigt eine Variante des Führungskopfes 25a, die sich von dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Führungskopf nur dadurch unterscheidet, daß der Endabschnitt 40 des Kanals 35 sowie der zweite Abschnitt 4 5 des Kanals 4 3 einen größeren Krümmungsradius als die entsprechenden Abschnitte des zuvor beschriebenen Führungskopfes 25 haben.
Ein elektrisch isolierendes Abstandselment 61 ist an dem freien Ende des Führungskopfes 25a vorgesehen und umfaßt eine Scheibe 62 mit einem mittleren Vorsprung 63, der in eine entsprechende Blindbohrung 64 des Führungskopfes 25a eingesetzt ist. Der Vorsprung 63 wird in der Blindbohrung 64 mit einem radialen Stift bzw. einer Madenschraube 65 gehalten.
In Fig. 7 und 8 ist das Elektrodenwerkzeug bei der elektrochemischen Bearbeitung einer hinterschnittenen Aussparung
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in einem Ventilteljer 67 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Bearbeitung erfolgt durch eine zylindrische Bohrung 68, die in Längsrichtung des Ventilschaftes 67 vorgesehen ist und am Boden 69 des Hohlraums 66 endet, der durch die Bearbeitung herzustellen ist.
Während der in Fig. 7 gezeigten Bildung der Toroidzone des Hohlraums 66 an der Bodenfläche 69 ist das Werkzeug 1 mit einem Führungskopf 25 versehen, dessen Kanal 43 eine relativ scharfe Krümmung hat, wodurch der Endabschnitt 24a der Elektrode 24 praktisch quer zur Längsachse des Werkzeugs 1 steht. Zur nachfolgenden Ausbildung der kegelstumpfförmigen Zone des Hohlraums 66, die in Fig. 8 gezeigt ist, wird das Werkzeug mit einem Führungskopf 25a versehen, dessen Kanal 4 3 eine relativ leichte Krümmung hat, so daß der Endabschnitt 24a der Elektrode 24 etwa parallel zur Erzeugenden der kegelstumpfförmigen Mantelfläche liegt.
Der Hohlraum 66 wird durch Drehung einer Spindel 11 der Arbeitsmaschine gebildet, an die das Werkzeug angeschlossen ist. Dadurch wird das Werkzeug 1 gedreht und gleichzeitig die Mutter 15 verlagert, wodurch der Ring 18 zur Hülse 22 hin bewegt und damit die Länge des Endabschnitts 24a der Elektrode 24 laufend vergrößert wird.
Während der Bearbeitung ist das Werkzeug 1 gegenüber dem Ventil 67 durch die Hülsen 22 und 57 sowie das Abstandsele- ment 33 oder 61 elektrisch isoliert. Ferner ist es gemäB Fig. 7 mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle 70 verbunden, während der positive Pol mit dem Ventil 67 verbunden ist.
Während der Bearbeitung wird eine elektrolytische Flüssigkeit in Form einer neutralen Salzlösung in den Hohlraum 66
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ORIGINAL INSPECTED
durch den Kanal 35 mittels einer Pumpe 71 eingeführt. Sie wird aus einem Vorratsbehälter 72 (Fig. 8) entnommen. Das elektrische Feld, welches zwischen der Elektrode 24 und dem Ventil 67 erzeugt wird, bewirkt eine anodische Reaktion, die in der Entfernung metallischen Materials von dem Ventil 67 resultiert, wenn der dem Endabschnitt 24a der Elektrode 24 zugewandte Teil des Ventils 67 zum Zerfall gebracht wird und metallische Anionen bildet. Die metallischen Anionen kombinieren sich mit Hydroxyl-Kationen, die sich aus dem elektrolytischen Zerfall der Salzlösung ergeben, wodurch ein Metallhydroxid gebildet wird, welches ausfällt und aus dem Hohlraum 66 durch die elektrolytische Flüssigkeit mitgenommen wird, wenn diese aus einem radialen Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Schaft des Ventils 67 herausgeführt wird. Die elektrolytische Flüssigkeit, die aus dem Ventil 67 austritt, gelangt in einen Dekantationsbehälter 73 (Fig. 8), aus dem sie nach Ausfällung des Metallhydroxids mit einer Pumpe entnommen und zum Behälter 72 zurückgeführt wird.
Gleichzeitig mit der vorstehend beschriebenen anodischen Reaktion entwickelt sich im Hohlraum 66 eine kathodische Reaktion, durch die Wasserstoff-Anionen erzeugt werden, die molekularen Wasserstoff bilden. Dieser wird als freies Gas mit der elektrolytischen Flüssigkeit abgeführt.
Die überwachung der kathodischen und der anodischen Reaktion ergibt, daß die Entfernung des Materials aus dem Ventil 67 ohne Materialentfernung von der Elektrode 24 abläuft, die somit praktisch unverändert bleibt.
Eine bessere Kontrolle der Abführung des metallischen Materials aus dem Hohlraum 66 ist möglich, wenn das elektrische Feld durch Beschichtung der Elektrode 24
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mit einem isolierenden Film (nicht dargestellt) konzentriert wird, welcher nur einen kleinen Teil des Endabschnitts 24a der Elektrode 24 freiläßt. Alternativ kann auch die gesamte Elektrode 24 mit einem isolierenden Film beschichtet sein, und der Endabschnitt 24a kann mit einer Spitze (nicht dargestellt) versehen sein, deren Form und Abmessungen abhängig von der auszubildenden Werkstückfläche unterschiedlich sind.
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Claims (1)

  1. V a L c η t a r: r. ρ riichc
    .; E lektrocJenwerkzeug zur elektrochemischen iseariA· ι tun ι von !IeLa llwt.-rksr.ik'ken, insbesondere ;:ur Erzeugung liLntcrsciinit tener A.isr.parungon, -.ickonn^c Lclinet durch einen ländlichen Körter (2, 25: 2, 25a), der an einem Mn de (ί) zum Anschluß u.ncr Maschi nenspindel (1!) aus.'oL i ldet ist, durch einen länyskanal (35) zur Führung einer elektrclytischen Flüssigkeit zu einem Werkstück (67), der an einem Anschluß (;6) an dem genannten einen Ende (4) mit einem Vorrat (71, 72) der elektrcly tischen V ".üssi-jKO it verbindbar ist und einen Austritt (11) am an.eren U:.;le des Körpers (2, 25; 2, 25a) aufweist, durch eine lärujlic::u, flexible Elektrode (24), die parallel zum Länjskanal (3r>) verläuft und in dem Körper (2, 25; 2, 25a) in Längsrichtung verschiebbar geführt ist, durch eine Vorrichtung (15) zur Einstellung der Längsposition der Elektrode (24) relativ zum Körper (2, 25; 2, 25a), durch die Iührung der elektrode (24) auf einem Teil ihrer Länge durch einen gekrümmten Kanal (43) nahe dem Arbeitsende des Körpers (2, 25; 2, 25a), wobei dieser Kanal (43) die Elektrode (24) derart führt, daß ein Lndabschnitt (24a) der Elektrode (24) durch eine öffnung (47) nahe dem Austritt (41) des Längskanals (35) etwa radial relativ zur Längsachse des Körpers (2, 25; 2, 25a) unter einem Winkel austritt, der durch den Krümmungsradius des Kanals (43) best.in.mt ist.
    2. Elektrodenwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (2, 25; 2, 2 5a) auf zumindest einem Teil seiner Länge mit einer elektrisch isolierenden Hülse (22) versehen ist und an seinem Arbeitseride ein elektrisch isolierendes Element (33; 61) trägt.
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    COPY ORIGINAL INSPECTEO
    J. Ele'r'.t rod«. :nverk; eng nacji Anspruch 1 oder 2, dadurch qekunnzt ichnet, daß der K(HiLi" (2, 25; 2, 2 κι) einen .' :h.ift (2) mit cine.ι Anschluß ( I (.·■} zur Y'erbindunq ii.it eier Spindel (11) um: einen : üjirujujrKopi: (25; 25α) luf weist, d<-r an einem freien Ende des Schaftes (2) losbar bcLCotiqc ist und den Kanal (-U) sowie die öffnung H) aufweist.
    4, Elekfcrodenwork»:eug nach Anspruch 3, dadurch gl·Kennte ichnet, daß zumindest zwei austauschbare rühr'incjskö[jf e (25; 25a) vorgesehen sind, die jeweils einen Kanal (-13) r.it vorbestimniterr, Krümmur.cjsrad ius aufweisen, welcher zum Krümmungsradius des Kanals (43) des jeweils anderen Führunqskopfes i25a, 25) unterschiedlich ist.
    5. Elektrodenwerkzeug nach einem dor vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) eine ebene Länjsfläche (13) auf einem Teil seiner Länge ausgehend von dt :ii mit dem führung skopf (25, 2 5a) -"erbunderien Ende aufweist und dai3 die isolierende Hülse (22) den Schaft (2) so umgibt, daß ein Endabschnitt (12) des Schaftes (2) abgedeckt ist, dessen Länge kleiner als diejenige der ebenen LiingsElache (13) ist, wobei die iJülse (22) sit der Langt;fläche iM) einen Kanal (23) bildet, in dein die Elektrode f24) in Län-gsrichtung verschiebbar geführt ist.
    6. Elektrodenwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Ϊ15) zur Einstellung der Langsposition der Elektrode (24) an einem Mittelteil (3) aes Schaftes (2) zwischen dem Schaltende 14) und der isolierenden Hülse (22) angeordnet ist und daß die ebene Längsfläche 153) bis zu aera Mittelteil (3) verläuft.
    7. Elektrodenwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (15) zur Einstellung eine Mutter
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    OfKGiNAL INSPECTED
    aufweist, die auf einer.! Außengewinde dcb Mitte] teil ε ( 3) sitzt, und daß die EKktrode (24) mit der Mutter (VJ) drehbar, jedoch in Lan ,srichtung unverschiebbar, verbunaen ist.
    8. El ektrodenwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der I'ünrungskopf (25, 25a) einen Kanal (43) enthält, der in einem ersten Abschnitt eine Verlängerung u^u zwischen der isolierenden Hülse
    (22) und der ebenen Längsflache (13) gebildeten Kanals
    (23) ist und auf einem zweiten Abschnitt. (45) t ·■-I !kreisförmig gekrümmt ist und mit der öffnung (47) :η Verbindung steht.
    9. Elektrodenwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (44) des Kanals (43) mit dor.-, durch die isolierende Hülse (22) gebildeten Kanal (23) über eine öffnung (46) in Verbindung steht, die in einer Stirnfläche (2b) des Führungskopfes (25; 25a) vorgesehen ist, welche beim Betrieb des Werkzeugs dem freien Ende (12) des Schaftes (2) zugewandt ist.
    10. Elektrodenwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskopf (25; 25a) etwa zylindrisch ausgebildet ist und zwei teilzylindrische Teile (48, -39) aufweist, die an jeweils einer ebenen Längsfläche (50, 51) aneinanderliegend miteinander verbunden sind, wobei eine Längsfläche (50) zwei Nuten (52, 53) aufweist, die jeweils die Endabschnitte(39, 4ü) des Längskanals (35) und des Kanals (43) zur Elektrodenführung bilden, wenn die Längsflächen (50, 51) aneinander liegen, und daß die beiden teilzylindrischen Teile (48, 49) mit Verbindungsmitteln (54, 57) zusammengehalten sind.
    0 3 0 0 19/0865 ORIGINAL' INSPECTED
    11. Elektrodenwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der teilzylindrischen Teile (48, 49) eine zylindrische Hülse (57) vorgesehen ist, die auf einen Endabschnitt (29) des Führungskopfes (25, 25a) aufgeschoben ist.
    Ö30019/088S
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