DE565765C

DE565765C - Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Bearbeitung von Metallen

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Publication number: DE565765C
Application number: DE1929G0075975
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1929-07-24
Filing date: 1929-03-20
Publication date: 1932-12-08
Also published as: GB335003A

Description

DEUTSCHES REICH

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AUSGEGEBEN AM
8. DEZEMBER 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Ve 565 KLASSE 48 a GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. März 1929 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Herstellung von Löchern und Aussparungen in Metallgegenständen sowie das Schneiden von Metallen geschieht bisher meist auf kaltem, mechanischem Wege, durch Bohren, Fräsen, Stanzen usw., oder auf heißem Wege, durch Heißstanzen und -pressen, oder mit Hilfe des autogenen oder elektrischen Schneidbrenners.

Um die hierdurch bedingte Bildung von zusätzlichen Spannungen oder die Strukturänderung der Metalle zu vermeiden, bedient die vorliegende Erfindung sich der kalten, elektrolytischen Bearbeitung der Metalle durch Ätzen.

Die Herstellung von Löchern, Vertiefungen usw. in Metallgegenständen, wobei das zu ätzende Werkstück anodisch geschaltet ist, ist bereits bekanntgeworden. Insbesondere für Zwecke der Gravierung geht man hierbei so vor, daß der zu ätzende Gegenstand mit Lack, Stearin o. dgl. überzogen, die Schutzschicht an den zu ätzenden Stellen entfernt und der Gegenstand in ein elektrolytisches Bad gehängt wird. Man hat auch schon zur Herstellung von elektrolytischen Metallniederschlägen von Hand zu führende, nach Art eines Füllfederhalters mit dem Elektrolyten gefüllte Elektroden benutzt. Auch wurde bereits vorgeschlagen, den zu bearbeitenden Gegenstand der Ätzwirkung der das poröse Werkzeug durchtränkenden Säure unter Verwendung eines hohlen Ätzwerkzeuges, dessen Form der herzustellenden Öffnung angepaßt ist, auszusetzen und evtl. diese Wirkung dadurch zu erhöhen, daß man nach Art der GaI-vanostegie einen elektrischen Strom hindurchschickt, wofür im Bade die zweite Elektrode anzubringen ist.

Von diesen bekannten Verfahren unterschei- det sich das vorliegende dadurch, daß die Elektrolytlösung der Arbeitsstelle mit Hilfe eines hohlen, rohrförmig ausgebildeten Ätzwerkzeuges, dessen Form der herzustellenden Öffnung angepaßt ist, in kontinuierlichem Kreislauf zugeleitet und durch dasselbe von ihr fortgeleitet wird. Das Ätzwerkzeug rückt dabei in dem Maße, wie die erzeugte Vertiefung fortschreitet, vor.

Auf den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Die Abb. 1, 2 und 3 zeigen ein Ätzwerkzeug zur Herstellung von Vertiefungen und Löchern im Schnitt und Grundriß.

Abb. 4, 5 und 6 zeigen ein Ätzwerkzeug zum Schneiden von Metallplatten.

In Abb. 7. und 8 ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum elektrolytischen

Schneiden von Metallen dargestellt, während die Abb. 9 und ι ο die allgemeine Anordnung und eine besondere Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zeigen.

Die Abb. 1 und 2 zeigen ein Ätzwerkzeug zur Herstellung von Löchern, beispielsweise quadratischen Querschnitts. M ist die zu bearbeitende Metallplatte, in welcher die Vertiefung oder das Loch beliebigen, hier also quadratischen Querschnitts geätzt .werden soll. Auf die Platte wird ein Rohr 1 aus irgendeinem Isoliermaterial aufgesetzt, welches von einem gegen die Platte gedrückten Dichtungsring 2 umgeben ist. Der Querschnitt des Rohres 1 weist außen die Gestalt der zu bildenden Öffnung auf.

Im Innern des Rohres 1 ist eine zweckmäßig rohrförmig ausgebildete Kathode 3 anao geordnet, deren Querschnitt, wie die Praxis erwiesen hat, der Gestalt der zu ätzenden Öffnung geometrisch ähnlich, im vorliegenden Fall also ebenfalls quadratisch sein muß.

Zur Herstellung von Öffnungen drei-, vier- und mehreckiger Gestalt ist es zweckmäßig, die Ecken des Kathodenquerschnitts etwas schärfer als die der herzustellenden Öffnung zu halten.

Die Elektrolytlösung fließt innen in Pfeilrichtung zu (Abb. 1) und strömt durch den Raum zwischen der Kathode 3 und dem Isolierrohr ι wieder fort. Der Elektrolyt kann z. B. aus einer 3- bis 80/oigen HCl-Lösung bestehen. Unter der Wirkung des elektrischen Stromes wird die Salzsäure zersetzt, das Säureion verbindet sich mit dem Eisen, und das gebildete Salz wird durch den zirkulierenden Elektrolyten von der Bearbeitungsstelle fortgeführt.

Je nach dem Grade der Zersetzung des Metalls bildet sich unter der unteren Kante des Isolierrohres eine schalenförmige Vertiefung 4 (Abb. 1) aus, welche die Form und Größe des äußeren Querschnitts des Rohres ι aufweist. Wird diese Fläche noch weiter vergrößert, so sinkt das Rohr 1 nach unten und verhindert die weitere Vergrößerung der angegriffenen Fläche. Das Ätzen des Metalls kann daher nur nach der Tiefe zu vor sich gehen.

Die Geschwindigkeit des Sinkens des Rohres bzw. der Ätzwirkung der Elektrolytlösung hängt von der spezifischen Stromdichte und der Zirkulationsgeschwindigkeit der Elektrolytlösung ab.

Als besonders brauchbar haben sich Stromdichten von 150 bis 300 Amp. pro cm² bei einer Arbeitsspannung von 110 Volt und einer Geschwindigkeit der strömenden Elektrolytlösung von 300 bis 600 m pro Minute erwiesen.

Die Elektrolytlösung kann die Arbeitsstelle mehrmals, und zwar bis zu einer bestimmten Sättigung mit dem gebildeten Metallsalz passieren.

Bei der Herstellung größerer durchgehender Öffnungen ist es zweckmäßig, das Metall nicht auf der ganzen Fläche der herzustellenden Öffnung, sondern nur auf der Fläche eines äußeren Ringes 4 (Abb. 3) zu entfernen, wo- 7° · bei ein Kernstück 5 stehenbleibt und nach Be- · endigung der Arbeit herausfällt. ^;

Zu diesem Zwecke muß außer dem äußeren Isolierrohr 1 noch ein inneres Isolierrohr 6 (Abb. 3) zur inneren Begrenzung 'des Ringraumes vorgesehen sein.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht ferner auch das Schneiden von Metallplatten, und zwar sowohl nach einer geraden wie auch nach einer beliebig gekrümmten Linie. Zu diesem Zwecke wird ein flaches Isolierrohr 7 von langgestrecktem, rechteckigem Querschnitt (Abb. 4, 5 und 6) mit innen befindlicher Anode 8 angewandt. Nachdem nach dem obigen Verfahren ein Spalt 9 durch die Metallplatte geätzt ist, wird eine Scheidewand 10 eingesetzt und der Spalt schrittweise durch das Rohr 7 weitergeführt.

Die Abb. 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsart des Verfahrens zum Schneiden von Metallen. Hier ist ein flachgedrücktes Rohr 11 mit einer innen befindlichen Kathode 12 mit einem Seitenspalt an der vorderen Kante versehen; der Spalt ist beiderseits der zu bearbeitenden Metallplatte durch die Dichtungsringe 13 abgedeckt. Die durch das Rohr in der Pfeilrichtung strömende Elektrolytlösung kommt mit dem Metall an der Bearbeitungsstelle in Berührung und löst es allmählich auf, wobei sich ein Spalt von der Breite des Rohres 11 bildet.

Bei sämtlichen Ausführungsarten des beschriebenen Verfahrens werden die Ränder und Wände der gebildeten Aussparungen vollständig glatt; das Material bekommt keine zusätzlichen Spannungen und erleidet keine Deformationen. Die erzielte Genauigkeit beträgt ο, ι mm.

Zur Ausführung des Verfahrens können Vorrichtungen und Anordnungen verschiedener Art benutzt werden.

Abb. 9 zeigt ein Beispiel für die Ausführungsform einer solchen Anlage.

Das Werkzeug α ist an einem Halter b befestigt, und diesem wird der erforderliche elektrische Strom von einem Netz aus über die üblichen Meß- und Schaltinstrumente zugeführt. Als Anode ist der Tische mit dem auf demselben angeordneten, zu bearbeitenden Gegenstande d an das Netz angeschlossen. Der das Rohr des Werkzeuges α umfassende Dichtungsring e wird von einer Druckvorrich-

tung/ gegen die Platte d gedruckt. Die Elektrolytlösung wird mittels einer Kreiselpumpe h durch den Schlauchg zu dem Werkzeug« befördert. Von dem Werkzeug fließt die Lösung durch den Schlauch i wieder in den Behälter k. Zum Filtrieren der Elektrolytlösung und zwecks Abscheidung der mitgenommenen harten Teilchen (z. B. Graphitteilchen) ist in dem Behälter eine poröse Scheidewand I oder

ίο eine andere zweckentsprechende Einrichtung vorgesehen.

Das Werkzeug zur elektrolytischen Bearbeitung der Metalle ist in einer beispielsweisen Ausführungsform in Abb. io dargestellt.

Hier ist mit 1 ein dünnwandiges Röhrchen aus Hartgummi, Kunstharz (nach Art der Formaldehyd - Phenol - Kondensationsprodukte) oder einem, anderen Isoliermaterial

ao bzw. auch aus einem mit einer Isolierschicht überzogenen Metall bezeichnet, dessen äußere Gestalt der Form und Größe der zu bildenden Öffnung genau entspricht. Das Ende des Rohres 1 wird von einem Dichtungsring 2, beispielsweise aus Gummi, umfaßt, welcher durch eine besondere Vorrichtung in Pfeilrichtung » an die zu bearbeitende Fläche angedrückt wird, um so das Ausfließen der Elektrolytlösung zu verhindern.

In dem Rohr 1 ist eine rohrförmige Kathode 3 aus einem von der Elektrolytlösung schwer angreifbaren Metall, z. B. aus Kupfer, bzw. aus einem mit einem solchen Metallüberzug, zweckmäßig mit einer Silberschicht, bedeckten Metall angeordnet. Das Rohr 1 ist in einem als Deckel ausgebildeten Gußstück 14 befestigt, welches auf das Gehäuse 15 der Kammer .(4 des Werkzeuges unter Zwischenlage einer Dichtung 16 aufgeschraubt ist. Die Kammer A besitzt einen Stutzen 17, an welchem mittels der Überwurfmutter 18 ein Rohrstück 19 zur Anbringung des Schlauches/ der Abb. 9 befestigt ist.

Das Hauptgußstück 15 trägt oben den Stutzen 23, an welchem durch eine Überwurfmutter 24 ein Rohrstück 25 zur Anbringung des Schlauches g der Abb. 9 befestigt ist. Der Oberteil 20 enthält den Zuflußkanal und ist oben durch einen Pfropfen 21 abgeschlossen, auf welchem ein Teil 22 zum Festhalten des Werkzeuges angebracht ist.

Auf dem Teil 20 ist ein geteilter Ring 26 als Klemme für die Stromzuleitung zum Gehäuse ι S vorgesehen. Das Gußstück 15 hat eine rohrförmige Verlängerung 27 im Innern der Kammer^, in welche ein die rohrförmige Anode tragender Zylinder 28 dicht eingesetzt ist. Der Zylinder 28 ist mit dem Ansatz 29 des Deckels 14 verschraubt, welcher seinerseits mit Öffnungen 30 versehen ist.

Die Elektrolytlösung strömt durch das Rohrstück 25 in der durch die Pfeile angegebenen Richtung nach dem Kanal 20, dem Innenraum des Zylinders und durch die rohrförmige Kathode 3 nach der Arbeitsstelle.

Von dort strömt die Elektrolytlösung durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen den Röhren 3 und 1 in den Hohlraum im Innern des Ansatzes 29 und durch dessen Öffnungen in die Kammer A, um von dort durch das Rohrstück 19 in den Schlauch i zu gelangen.

Das vorliegende Verfahren gestattet eine sehr bequeme und wirtschaftliche Herstellung von Aussparungen und Löchern komplizierter Gestalt, wie dies . z. B. bei der Anfertigung von Matrizen und Stempeln erforderlich ist. Für solche Fälle ist es oft zweckmäßig, spezielle Werkzeuge für Handbetrieb anzuwenden, wobei die Elektrolytlösung ohne wiederholte Zirkulation zugeführt wird und einfach abfließen kann.

An Stelle von Salzsäure können natürlich auch andere Säuren bzw. deren Salze Anwendung finden.

Claims

85 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Öffnungen, Aussparungen oder Vertiefungen in Metallgegenständen bzw. zum Schneiden von Metall, bei welchem das Metall an der Arbeitsstelle der Ätzwirkung der Elektrolytlösung unter dem Einfluß des elektrischen Stromes ausgesetzt wird, indem das zu bearbeitende Metallstück als Anode dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytlösung der Arbeitsstelle mit Hilfe eines hohlen, rohrförmig ausgebildeten Ätzwerkzeuges, dessen Form der herzustellenden Öffnung angepaßt ist, in kontinuierlichem Kreislauf zugeleitet und durch dasselbe von ihr fortgeleitet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzwerkzeug in seinem wirksamen Teil aus einem Rohr (1) besteht, dessen Querschnitt die Form der herzustellenden Öffnung aufweist und in dessen Innerm die Kathode (3 in Abb. 1 bzw. 8 in Abb. 5) gleichzeitig als Trennwand für die hin- und rückströmende Flüssigkeit dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Querschnitts der Kathode der Querschnittsform des äußeren Rohres (1) angepaßt ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung größerer Öffnungen innerhalb der Kathode ein zweites Isolierrohr (6) angeordnet ist, wobei nur der zwischen

den beiden Isolierrohren^ (ι "und 6) liegende ringförmige Teil herausgeätzt wird.

.

S. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden von Metallplatten ein flaches, an der schneidenden Seite offenes und an den Austrittsstellen abgedichtetes Isolierrohr verwendet wird, in dem eine bandförmige Kathode angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gehäuse (15 'in Abb. io), welches mit zwei Rohrstutzen für das Zu- und Abfließen des Elektrolyten versehen ist, ein das Isolierrohr (1) tragendes deckeiförmiges Gußstück (14) angeschraubt wird, in welches der die Kathode (3) tragende, in die Verlängerung (27) des Kanals (20) hineinragende Zylinder (28) eingeschraubt ist, wodurch die zu- und abfließenden Flüssigkeiten voneinander getrennt werden, und daß der elektrische Strom durch : eine aufgesetzte Klemme (26) dem Ge- 25 , häuse zugeführt wird. -.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Verschlußstück (14), welches das Isolierrohr (1) und den Ansatz (29) trägt, und der die Kathode (3) tragende Zylinder (28) auswechselbar angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Berlin, gedruckt in der reichsdruckerei