DE69121397T2 - Verfahren zum kontinuierlichen bearbeiten von drahtstangen - Google Patents
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von Drahtmaterial und eine Bearbeitungsvorrichtung dafür, die dann eingesetzt wird, wenn beabsichtigt wird, die Spitzen bzw. Enden der Drahtmaterialien, wie eines Führungsdrahts für ein Katheter, durch Verjüngung dünn und biegsam zu machen, und ähnliches.
- Für einen Führungsdraht für einen Katheter, der in einen menschlichen Körper und ähnliches eingeführt wird, ist es erforderlich den Endbereich des Drahtmaterials durch Verjüngung (tapering) dünn und biegsam zu machen, damit der Führungsdraht einfach eingeführt werden kann. Zum Beispiel wird ein Führungsdraht verwendet, bei dem ein Bereich mit einer Länge von 100 bis 200 mm am Ende des Führungsdrahts mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm so verjüngt wurde, um schließlich einen Durchmesser des äußersten Endbereichs von ungefähr 0,12 mm aufzuweisen.
- Herkömmlicherweise erfolgte diese Verjüngung zunächst durch ein mechanisches Polieren, wobei das mechanische Polieren aber den Nachteil aufweist, daß die Superelastizität der üblicherweise als Führungsdraht für einen Katheter verwendeten superelastischen Ni-Ti-Legierung verloren geht. In letzter Zeit wurde deshalb mittels eines diskontinuierlichen Arbeitsprozesses ein elektrolytisches Polierverfahren angewandt, in dem der Endbereich des Drahtmaterials z.B. in eine Polierlösung mit einer Zusammensetzung, die 92% CH&sub3;COOH und 8%, HClO&sub4; umfaßt, in eine Polierlösung mit einer Zusammensetzung, die 20% HF und 80% HNO&sub3; umfaßt, oder in eine Polierlösung mit einer Zusammensetzung, die 60% H&sub2;SO&sub4;, 30% HF und 10% Glycerin umfaßt, eingetaucht wird.
- Dieses herkömmliche elektrolytische Polierverfahren ist jedoch ein diskontinuierliches Polierverfahren, bei dem das Eintauchen in das elektrolytische Polierbad nacheinander erfolgt, wobei eine manuelle Aufwärts- und Abwärtsbewegung stattfindet, und somit das Problem auftritt, daß die Gestalt des verjüngten Bereichs über einen breiten Bereich variiert und viele Arbeiter erforderlich sind, was zu hohen Kosten führt.
- Zudem weisen die herkömmlichen elektrolytischen Polierbäder die nachsthenden Probleme auf. Das Essigsäure-Perchlorsäure- Bad weist einen starken, schlechten bzw. üblen Geruch auf und ergibt nach dem Polieren einen schlechten Oberflächenglanz, und das Fluorsäure-Salpetersäure-Bad weist einen starken, üblen Geruch auf, ergibt nach dem Polieren einen schlechten Oberflächenglanz und erfordert eine kostspielige Abwasserbehandlung, um eine Verschmutzung der Umwelt zu vermeiden. Das Schwefelsäure-Fluorsäure-Glycerin-Bad weist keinen üblen Geruch auf, ergibt aber einen schlechten Oberflächenglanz und erfordert eine kostspielige Abwasserbehandlung.
- GB-A-557 386 zeigt eine Apparatur zum Vergüten (annealing) oder Polieren eines Wolframdrahts. Diese Apparatur besteht aus einer Einrichtung für eine kontinuierliche Zufuhr des Metalldrahts durch ein elektrolytisches Bad, das einen Elektrolyten enthält, einer röhrenförmigen Kathode, die den Draht vollständig oder nahezu vollständig umgibt, einem Kontaktelement, das in Eingriff mit dem sich bewegenden Draht steht, einer Einrichtung zum Verbinden des Kontaktelements mit der positiven Seite einer Energiequelle und einer Einrichtung zum Verbinden der vorstehend erwähnten Kathode mit der negativen Seite der Energiequelle.
- Schließlich zeigt US 2.605.218 ein Verfahren der Herstellung eines verjüngten Drahtes mittels einer Einrichtung aus einer Vielzahl in einer Reihe angeordneter elektrolytischer Zellen. Der Draht schließt zwei Abschnitte ein, wobei die Länge jedes Abschnitts der Länge der Reihe entspricht. Das Verfahren besteht aus dem Einführen des ersten Abschnitts in die Zellen, dem Durchleiten von Strom durch die Zellen, wobei der Draht als Anode fungiert, dem Herausziehen des ersten Abschnitts aus den Zellen, und dem Hineinziehen des zweiten Abschnitts in die Zellen mit konstanter Geschwindigkeit, wodurch der erste Bereich verjüngt wird, und dem Herausziehen des zweiten Abschnitts aus den Zellen mit einer vorgegebenen geringeren konstanten Geschwindigkeit, so daß auf dem zweiten Abschnitt eine Verjüngung erzeugt wird, die die gleiche Steigung wie die Verjüngung aufweist, die auf dem ersten Abschnitt erzeugt wurde.
- Die Erfindung erfolgte als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen, um diese Probleme zu lösen, und betrifft ein Verfahren der kontinuierlichen Herstellung von Drahtmaterial nach Anspruch 1.
- Hier wird unter dem Gesichtspunkt der Effizienz bevorzugt, daß dann, wenn der Bereich, der nicht bearbeitet wird, das elektrolytische Polierbad passiert, eine hohe Drahtgeschwindigkeit eingestellt wird.
- Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Bearbeitung von Drahtmaterial nach Anspruch 6.
- Hier ist als Gestalt des Bearbeitungsbereichs zum Beispiel ein verjüngter Bereich, ein eingekerbter Bereich und ähnliches beabsichtigt, und um diese verjüngte Gestalt, diese eingekerbte Gestalt oder ähnlich beliebig Verändertes herzustellen, ist die Zufuhrgeschwindigkeit der Vorrichtung zur Beförderung des Drahtmaterials geeigneterweise veränderbar und der Strom, der von Einrichtung zur Stromerzeugung bzw.
- der Stromquellen-Generatorvorrichtung (power source- generating device) erzeugt wird, ist geeigneterweise ebenfalls veränderbar.
- Als Zusammensetzung des Drahtmaterials wird außerdem eine superelastische Verbindung aus Ni und Ti, mit 50,5 bis 53,0% Ni und 49,5 bis 47,0% Ti, wobei das Ni und/oder Ti durch irgendeine Sorte oder zwei oder mehrere Sorten von Metallen, Cr, Fe, Co, Mo, V, Pd, W und Cu, jeweils innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 5,0% substituiert ist, verwendet.
- Zudem ist es wirkungsvoll als das elektrolytische Polierbad, das für die Vorrichtung für eine kontinuierliche Bearbeitung verwendet wird, ein Bad zu verwenden, das 10 bis 50 Volumen-% eines dreiwertigen Alkohols, 5 bis 20 Volumen-% Perchlorsäure und als Rest einwertigen Alkohol umfaßt.
- Als einwertiger Alkohol ist Ethanol oder Methanol wünschens wert und als dreiwertiger Alkohol ist Glycerin wünschenswert.
- Nachstehend wird die Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
- Wenn, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Drahtmaterial 1 verjüngt wird, wird während des Durchleitens des Drahtmaterials durch das elektrolytische Polierbad zwischen der Kathode 3 und einer Elektrizitäts-Zufuhrrolle 4 zum Zeitpunkt, an dem der Punkt A des Drahtmaterials den Einlaß des Bades erreicht hat, Strom eingeschaltet, und zu dem Zeitpunkt, an dem der Punkt A den Auslaß des Bades erreicht, wird die Elektrizität ausgeschaltet (Fig. 2). Durch dieses Verfahren wird das Drahtmaterial dergestalt verjüngt, daß der Drahtdurchmesser allmahlich in Richtung der beiden Enden zunimmt, wodurch der Punkt A wie in Fig. 3 gezeigt zum Zentrum wird. Die Länge des zu verjüngenden Bereichs AC ist ungefähr gleich der Länge des elektrolytischen Polierbads AB (d.h. der Länge des Drahtmaterials, das sich anfangs in dem Bad befindet) und der Abstand zwischen A und C und derjenige zwischen A und B werden beinahe symmetrisch bearbeitet. Außerdem wird der Durchmesser des Punktes A, der zum Minimaldurchmesser des Drahtmaterials wird, in Abhängigkeit von dem einzuschaltenden Strom festgelegt.
- Zudem kann durch ein periodisches Ein- und Ausschalten des Stroms bei gegebener Periode ein langes bearbeitetes Material (Fig. 4) erhalten werden, und somit wird, wenn der Draht am Punkt A und am Punkt A'auseinandergeschnitten wird, ein Material erhalten, dessen beide Enden verjüngt sind, und wenn der Draht an dem Punkt A und dem Punkt D auseinandergeschnitten wird, wird ein Material erhalten, das an einem Ende verjüngt ist.
- Das Ein- und Ausschalten der Energiequelle kann manuell erfolgen, aber es kann selbstverständlich auch durch Anwendung einer Rückmeldungsschaltung durch die Ermittlung der Wicklungslänge automatisiert werden.
- Vom Standpunkt der Reduzierung der Kosten ist die Einstellung der Drahtgeschwindigkeit auf einen hohen Wert beim Durchleiten desjenigen Bereichs, der nicht verjüngt wird, durch das elektrolytische Polierbad, äußerst wirkungsvoll, wodurch es zu einer Erhöhung der Produktivität kommt.
- Ferner wird die Bearbeitungsvorrichtung nun im Detail erklärt. Fig. 6 zeigt einen Umriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 7 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung. In Fig. 6 und Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Abwickelspule, das Bezugszeichen 12 ein Drahtmaterial, das Bezugszeichen 13 eine Anodenvorrichtung für die Stromzufuhr (anodic electricity-supply device) (die Zeichnung zeigt eine Rolle für die Stromzufuhr), das Bezugszeichen 14 einen elektrolytischen Trog, das Bezugszeichen 15 ein elektrolytisches Polierbad, das Bezugszeichen 16 eine Kathode, das Bezugszeichen 17 einen Waschtrog, das Bezugszeichen 18 eine Trocknungsvorrichtung, das Bezugszeichen 19 eine Vorrichtung zur Beförderung des Drahtmaterials, das Bezugszeichen 20 eine Vorrichtung zur Stromerzeugung und das Bezugszeichen eine 21 eine Aufwickelspule.
- Das elektrolytische Polieren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird wie in Fig. 7 gezeigt dergestalt durchgeführt, daß durch eine Anodenvorrichtung 13 für die Stromzufuhr, die außerhalb des elektrolytischen Trogs angebracht ist, der Anode Strom zugeführt wird, und andererseits eine zylindrische Elektrode, die so geformt wurde, daß sie auf beiden Seiten des Drahtmaterials angeordnet ist oder den gesamten Umfang des Drahtmaterials umgibt, und einen festen Abstand von dem Drahtmaterial in der elektrolytischen Lösung (d.h. dem elektrolytischen Polierbad) gewährleistet, zur Verfügung gestellt wird, um die Kathode 16 zu liefern, und mittels einer Vorrichtung zur Stromerzeugung ein veränderbarer, fester Strom eingeschaltet bzw. erzeugt wird, wobei das Drahtmaterial mittels einer Vorrichtung 19 zur Beförderung des Drahtmaterials mit angemessener konstanter oder variabler Geschwindigkeit fortbewegt wird. Dadurch kann eine Verjüngung zu jeder beliebigen Gestalt erreicht werden.
- Da die Länge der Verjüngung der Kontaktlänge der elektrolytischen Lösung mit dem Drahtmaterial entspricht, wird die Länge des elektrolytischen Trogs so verändert, daß sie der gewünschten Länge der Verjüngung entspricht. Um die Gestalt der Verjüngung zu steuern, ist es lediglich notwendig die Veränderung der Zufuhrgeschwindigkeit des Drahtmaterials oder die Veränderung des elektrolytischen Stroms zuvor experimentell so festzulegen, daß die gewünschte Gestalt erhalten werden kann.
- Nun erfolgt eine detaillierte Erklärung des elektrolytischen Bades.
- Fall, in dem das elektrolytische Polierbad Perchlorsäuredreiwertigen Alkohol und einwertigen Alkohol umfaßt.
- Der Grund dafür, warum die Perchlorsäure auf 5 bis 20 Vol.-% beschränkt wird, ist der, daß bei einem Gehalt von unter 5 Vol.-% die Stabilität der Lösung aufgrund des Verbrauchs während des elektrolytischen Polierens beeinträchtigt wird, und bei einem Gehalt von größer 20 Vol.-% die Sicherheit zum Problem und der Oberflächenglanz angegriffen wird. Zudem besteht der Grund, warum der Gehalt an dreiwertigem Alkohol auf 10 bis 50 Vol.-% beschränkt wird, darin, daß bei einem Gehalt von unter 10 Vol-% die Viskosität des Bades gering und die Oberflächenglätte schlecht ist, und bei einem Gehalt von mehr als 50 Vol.-% die Viskosität zu hoch ist, was das Rühren des Bades erschwert und zur Entstehung einer Farbungleichmäßigkeit führt.
- Als der einwertiger Alkohol ist vom Standpunkt der Verfügbarkeit und der Viskosität Methanol oder Ethanol bestens geeignet.
- Als der dreiwertige Alkohol ist vom Standpunkt der Kosten und der Verfügbarkeit Glycerin ausgezeichnet geeignet.
- Fig. 1 zeigt ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren und ist eine Darstellung, die den Zustand zu dem Zeitpunkt zeigt, in dem die Elektrizität bzw. der Strom eingeschaltet wird; Fig. 2 ist eine Darstellung, die den Zustand zu dem Zeitpunkt zeigt, in dem die Elektrizität ausgeschaltet wird; Fig. 3 und Fig. 4 sind Seitenansichten, die ein Beispiel des Drahtmaterials zeigen, das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist; Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die das Drahtmaterial zeigt, das in den Beispielen 1 und 2 der Erfindung erhalten wurde, Fig. 6 ist eine Darstellung des Umrisses eines Beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 7 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung der Fig. 6, Fig. 8 ist eine Graphik, die die Zufuhrgeschwindigkeit des in den Beispielen 3 und 5 der Erfindung verwendeten Drahtmaterials zeigt, Fig. 9 ist eine Seitenansicht, die das in Beispiel 3 und 5 erhaltene verjüngte Drahtmaterial zeigt, und Fig. 10 ist eine Graphik, die den in den Beispielen 4 und 6 verwendeten, eingeschalteten Strom zeigt.
- Beste Ausführungsform, um die Erfindung umzusetzen
- Um die Erfindung detaillierter zu erläutern, wird sie unter Bezugnahme auf die Beispiele genauestens beschrieben.
- Unter Verwendung eines NiTi-Legierungsdrahts (Ni:Ti = 50,9:49,1 in Prozent) mit einem Durchmesser von 0,48 mm wurde unter den nachstehenden Bedingungen ein elektrolytisches Polieren durchgeführt:
- (1) Zusammensetzung des elektrolytischen Polierbades
- Ethanol 72%
- Glycerin 20%
- Perchlorsäure 8%
- (2) Badtemperatur 25 ºC - 30 ºC
- (3) Elektrolytischer Trog Länge 125 mm
- (4) Drahtgeschwindigkeit Konstante Geschwindigkeit von 33 mm/min
- (5) Eingeschalteter Gesamtstrom 1,2 A
- (6) Zeitpunkt des Ein- und Ausschaltens Entsprechend Fig. 1 und Fig. 2
- Die Gestalt des so erhaltenen Drahtmaterials ist in Fig. 5 gezeigt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ergibt sich als erfindungsgemäße Verjüngungsform eine glatte bzw. stetige Verjüngung.
- Zudem liefert ein Vergleich der elektrolytischen Lösungen das nachstehende:
- Es wurde ein NiTi-Legierungsdrahtmaterial (50,9 - 49,1 in Prozent) mit einem Durchmesser von 1 mm verwendet und ein Bad, das 50 Vol.-% Methanol, 40 Vol.-% Glycerin und 10 Vol.-% Perchlorsäure umfaßte, wobei das elektrolytische Polieren 10 Minuten lang bei Raumtemperatur unter Anlegen einer Spannung von 25 V durchgeführt wurde.
- Es wurde das gleiche Drahtmaterial und ein Bad verwendet, das 30 Vol.-% Ethanol, 50 Vol.-% Glycerin und 20 Vol.-% Perchlorsäure umfaßte, wobei das elektrolytische Polieren 10 Minuten lang bei Raumtemperatur unter Anlegen einer Spannung von 25 V durchgeführt wurde.
- Das Experiment wurde auf ähnliche Weise in einem Bad aus HF:HNO&sub3; = 1:4 (Molverhältnis) durchgeführt.
- Der Geruch des Bades und der Zustand der Oberfläche wurde für die vorstehend erwähnten Beispiele 7 - 9 und das Vergleichsbeispiel 1 beurteilt, zudem wurde die Auflösungsgeschwindigkeit des Drahtmaterials ermittelt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1
- Wie aus Tabelle 1 hervorgeht war in den Beispielen der Erfindung der Zustand der Oberfläche gut, es war kein Geruch des Bades wahrnehmbar und die Auflösungsgeschwindigkeit war hoch, 12 bis 14 µm/min.
- Im Gegensatz dazu war der Zustand der Oberfläche in dem Vergleichsbeispiel nicht gut, deutlich ein übler Geruch wahrnehmbar und die Auflösungsgeschwindigkeit gering.
- Wie vorstehend beschrieben kann erfindungsgemäß die Veränderung des Drahtdurchmessers in der Längsrichtung des Drahtmaterials beliebig gesteuert werden und es kann wirkungsvoll und mit hoher Genauigkeit eine Bearbeitung, wie eine Verjüngung und ein Auskerben (Joggling), erfolgen.
- Zudem ist bei dem elektrolytischen Polierbad der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung kein übler Geruch wahrnehmbar, wenn einwertiger und dreiwertiger Alkohol verwendet wird, und sie sind für die effiziente Gewinnung eines polierten Materials aus einer Ni-Ti-Legierung mit gutem Oberflächenzustand geeignet.
Claims (8)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Bearbeiten von Teilen
eines Drahtmaterials durch elektrolytisches Polieren,
durch das kontinuierliche Durchleiten eines langen
Drahtmaterials einer superelastischen Legierung aus Ni und Ti,
mit 50,5 bis 53,0% Ni und 49,5 bis 47,0% Ti, wobei das Ni
und/oder Ti durch irgendeine Sorte oder zwei oder mehrere
Sorten von Metallen, Cr, Fe, Co, Mo, V, Pd, W und Cu,
jeweils innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 5,0%
substituiert ist, durch ein elektrolytisches Polierbad mit einer
darin angebrachten Kathode, wobei das elektrolytische
Polierbad 10 bis 50 Volumen-% eines dreiwertigen Alkohols,
5 bis 20 Volumen-% Perchlorsäure und als Rest einwertigen
Alkohol umfaßt, und
Elektrizität nur dann eingeschaltet wird, wenn der Teil, der
bearbeitet wird, das elektrolytische Polierbad passiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die
Drahtgeschwindigkeit hoch eingestellt wird, wenn der Teil, der nicht
bearbeitet wird, das elektrolytische Polierbad passiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem die
Bearbeitung des Drahtmaterials aus einer Verjüngung oder
Riefenbildung besteht.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem
der einwertige Alkohol Ethanol oder Methanol ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem
der dreiwertige Alkohol Glycerin ist.
6. Anwendung einer Vorrichtung zur Durchführung eines
Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Vorrichtung die nachstehenden Bestandteile umfaßt:
einen elektrolytischen Trog (14) mit der gleichen Länge wie
der Teil des Drahtmaterials, der bearbeitet wird, eine
Vorrichtung (19) zur Beförderung des Drahtmaterials, die es
gestattet, das Drahtmaterial durch den elektrolytischen Trog
zu leiten, eine in dem elektrolytischen Trog bereitgestellte
Kathode (16), eine Vorrichtung (13) zur Bereitstellung von
Anodenelektrizität (13) für das Drahtmaterial und eine
Stromquellen-Generatorvorrichtung (0).
7. Anwendung nach Anspruch 6, bei der die Vorrichtung zur
Beförderung des Drahtmaterials die Drahtgeschwindigkeit
verändern kann.
8. Anwendung nach Anspruch 5, bei der die Stromquellen-
Generatorvorrichtung den Strom verändern kann.
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