DE1242967B - Einrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Loechern in metallischen Werkstuecken - Google Patents

Description

DEUTSCHES WflTWWS- PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKI.: 48 a-3/12

Nummer: 1242 967

Aktenzeichen: R 32855 VI b/48 a

J 242967 Anmeldetag: 4. Juni 1962

Auslegetag: 22. Juni 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in metallischen Werkstücken mit einem eine hohle Kathode für die Elektrolytzuführung und einen in Richtung zur Kathode beweglichen Werkstückträger aufweisenden Gestell.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Querschnittsform des Loches durch die Gestalt des den Elektrolyten zuführenden hohlen Isolierrohres bzw. der hohlen Kathode bestimmt, die den Elektrolyten unmittelbar an die zu bearbeitende Stelle leitet. Wenn nun die Kathode bzw. das den Elektrolyten zuführende Rohr in dem gleichen Maße linear relativ zu dem Werkstückträger bewegt wird, dann entstehen zylindrische Löcher mit der durch die Kathodenform bestimmten Querschnittsgestalt. Bei bestimmten Anwndungsfällen, z. B. bei der Anbringung von Kühlmittelbohrungen bei Turbinenschaufeln, ist es jedoch erforderlich, das Loch, beispielsweise in Gestalt eines Schlitzes, der Krümmung der Schaufel folgen zu lassen, d. h. so anzuordnen, daß der Kühlmittelschlitz über die Länge der Schaufel im wesentlichen parallel und im gleichen Abstand zur Schaufelkante bzw. Fläche verläuft.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Löcher und Vertiefungen bestimmter Form in Metallgegenständen auf elektrolytischem Wege so herzustellen, daß sich die Querschnittsform der Bohrung entlang der Achse ändert bzw. um die Achse in einer vorbestimmten Kurve gedreht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen auf einem gegenüber dem Gestell linear beweglichen Schlitten drehbar angeordneten Werkstückträger, bei dem der zylindrisch ausgebildete Teil des Werkstückträgers in seiner Mantelfläche eine Nut aufweist und für die Steuerung der Drehbewegung des Werkstückes während der Linearbewegung des Schlittens ein in die Nut eingreifender Finger angeordnet ist.

Diese einfache mechanische Führungseinrichtung bewirkt auf einfache und zweckmäßige Weise eine Relativdrehung zwischen Werkstück und entsprechend ausgebildeter Kathode. Für die Drehung ist daher kein zusätzlicher, mit Steuereinrichtungen versehener Drehmechanismus notwendig. Die Steuerliuten können auf einfachste Weise den Erfordernissen entsprechend gestaltet werden, und es ist leicht möglich, diese Steuernuten bei Bearbeitung anderer Werkstücke jeweils gegen passende Führungsnuten auszutauschen. Dabei ist zweckmäßigerweise ein den Werkstückträger relativ zur Linearbewegung in hohe Drehgeschwindigkeit versetzender Nutverlauf im

Einrichtung zur elektrolytischen Herstellung
von Löchern in metallischen Werkstücken

Anmelder:

Rolls-Royce Limited,

Derby. Derbyshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:
Raymond Thomas Hallsworth,
Earby, Yorkshire;
Irvin Holroyd,

Barnoldswick, Colne, Lancashire
(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 5. Juni 1961 (20 259)

zylindrischen Teil des Werkstückträgers vorgesehen.

Um eine günstige Führung zu gewährleisten und Abweichungen des gebohrten Loches von der gewünschten Bohrlochform zu vermeiden, sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in einem armförmig ausgebildeten Teil des Werkstückträgers in einer zur Drehachse konzentrisch liegenden Öffnung Führungsbuchsen für die Elektrode angeordnet.

Die in Verbindung mit der Erfindung benutzte Kahode besteht zweckmäßigerweise aus rostfreiem Stahl und ist an ihrer äußeren Oberfläche mit Ausnahme der Arbeitsfläche mit einem Isolierüberzug versehen. Dabei besteht zweckmäßigerweise der Isolierüberzug am Kopfabschnitt aus einem abriebbeständigen und haftfesten Werkstoff, insbesondere Epoxydharz, und der Schaft ist mit einem Kunststoffüberzug, insbesondere aus Polyvinylchlorid, versehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 ein elektrisches Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1,

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F i g. 3 als Einzeldarstellung eine Schniitansicht einer zur Herstellung von runden Löchern dienenden Kathode.

Die Einrichtung weist ein Gestell 6 mit einer Kopfplatte 7 und einer Grundplatte 8 sowie einen Schlitten 9 auf, der auf zwei Säulen 10 und 11 des Gestelles auf und nieder beweglich ist. Zwischen einem Flansch 13 eines Gehäuses 14 und einem Flansch 15 des Schlittens 9 ist ein Balg 12 über die Säule 10 gezogen. In gleicher Weise sitzen Faltenbälge 16 und 17 auf den Säulen 10 und 11 zwischen dem Schlitten 9 und unteren Flanschen 18, 19. Das Gehäuse 14 ist in F i g. 1 teilweise aufgebrochen dargestellt, wobei die Teile 17 und 19 aus Gründen der Übersichtlichkeit aus ihren richtigen Stellungen heraus versetzt gezeichnet sind.

Der Schlitten 9 kann sich durch eine Welle 22 vertikal auf den Säulen 10, 11 bewegen, wobei die Welle 22 durch einen Motor 23, z. B. einen Elektromotor, über ein Untersetzungsgetriebe in diesem Motor und ein Schneckengetriebe in einem Gehäuse 24 bewegt werden kann. Der Antrieb wird an den Schlitten 9 über eine daran befestigte, nicht dargestellte Mutter mit Kugeln übertragen, wobei die Kugeln in das Gewinde 25 der Welle 22 eingreifen. Diese Kugelmutter ist bekannt und bildet eine Verbindung zwischen der Welle 22 und dem Schlitten 9 mit niedriger Reibung. Der Schlitten 9 ist durch ein Kabel 28, das über zwei Scheiben 29, 30 läuft, mit einem nicht dargestellten, im Gestell 6 gelagerten Gegengewicht verbunden.

Ein Werkstücksupport für eine Schaufel 33, deren Schrägung entlang ihrer Länge schwankt, hat eine nicht gezeigte Klammer, weiche das spitze Ende 34 der Schaufel erfaßt, einen die Elektrode abstützenden Arm 35, eine Welle 36 und einen zylindrischen Teil 37. Die Welle 36 ist drehbar im Schlitten 9 gelagert, und der zylindrische Teil 37 kann in einer Öffnung in der Kopfplatte 7 gleiten. Die Teile 33 bis 37 sind miteinander verbunden und rotieren zusammen. Eine Schraubennut 40 im zylindrischen Teil 37 wird durch einen Finger 41 eines Glieds 42 beaufschlagt, wenn dieses auf mit Innengewinden ausgestatteten Vorsprüngen 43 aufgeschraubt ist. Der Werkstücksupport ist elektrisch vom Schlitten 9 und vom Gestell 6 isoliert, und eine elektrische Verbindung wird über eine Stange 44, die isoliert durch die Platte 7 durchgeht, eine Bürste 45, die sich mit dem Schlitten 9 bewegt, und einen Schleifring 46, der einen Teil des Werkstücksupports bildet, hergestellt.

Die Aufwärtsbewegung des Schlittens 9 wird durch einen Anschlag 50 begrenzt, der sich nach oben vom Schlitten 9 erstreckt und mit der Kopfplatte 7 in Eingriff gelangt, wodurch der Motor 23 abgestellt wird, oder durch Auskuppeln einer nicht dargestellten Rutschkupplung zwischen dem Motor 23 und der Welle 22. Die Länge des Anschlags 50 kann durch Stellschrauben verstellt werden. Auf dem Oberteil des zylindrischen Teils 37 ist eine Mutter 53, die durch einen Schlüssel zum Rotieren des Werkstücksupports gedreht werden kann, wenn der Teil 42 nicht in den Vorsprüngen 43 sitzt.

Eine Kathode 55 ist in einem Ständer 56 koaxial zur Rotationsachse des Werkstücksupports montiert. Eine Führungsbüchse 57 umgibt den Schaft der Elektrode und wenn der Schlitten 9 aus der dargestellten Stellung abgesenkt wird, greift ein runder Teil 58 der Büchse mit Preßsitz in eine Öffnung 59 des Arms 35 ein.

Eine elektrische Verbindung für die Elektrode 55 ist bei 62 gezeigt, und ein Rohr 63 liefert Elektrolyt ans Innere der Elektrode 55 von der Unterseite des Ständers 56 an. Der Elektrolyt wird durch eine Pumpe 65 aus einem Tank 66 aus rostfreiem Stahl durch das Rohr 63 gepumpt, und wenn der Elektrolyt den Boden des Gehäuses 14 erreicht, wird er durch eine Öffnung 67 a in ein Rohr 67 angesaugt, das zu einer Pumpe 68 führt,
ίο Die Pumpe 68 pumpt den Elektrolyt durch eine Filterpresse 69, welche die darin befindlichen unlöslichen Hydroxyde beseitigt, worauf der Elektrolyt in den Tank 66 zurückfließt. Um die Temperatur des Elektrolyten und damit auch seine Leitfähigkeit konstant zu halten, hat der Tank 66 eine thermostatisch gesteuerte Heizvorrichtung 66a, und das Rohr 63 ist mit einer wärmeisolierenden Verkleidung 66 b ausgestattet. Auch das Rohr 67 kann isoliert sein, um Wärmeverluste zu vermeiden.
Die Elektrode 55 hat einen isolierenden äußeren Belag und endet am oberen Ende in einer vergrößerten, nicht isolierten, nach zwei Seiten sich verbreiternden Arbeitsspitze 70.

Die Einrichtung wird mit Strom über eine in F i g. 2 gezeigte Schaltung beliefert. Wechselstrom wird an den Eingang eines Doppelweggleichrichters 73 über einen Transformator 74 angelegt, und Gleichstrom wird vom Ausgang des Gleichrichters über einen Widerstand 75 und Leitung 62 so angeliefert, daß die Elektrode 55 negativ wird, und durch einen variablen Widerstand 76, einen weiteren Widerstand 75 und eine Leitung 77, so daß die Stange 44 positiv wird. Die Widerstände 75 beschränken den durch die einzelnen Gleichrichter des Doppelweggleichrichters 73 fließenden Strom auf einen sicheren Wert, z. B. im Falle eines Kurzschlusses zwischen der Elektrode 55 und dem mit der Stange 44 verbundenen Werkstück. Außerdem ist die Spule 79 eines Nullspannungsrelais 90 über die Stange 44 und die Elektrode 55 angelegt und schaltet den Gleichrichter 73 ab, z. B. wenn die Elektrode 55 mit dem Werkstück direkten elektrischen Kontakt hat.

Beim Betrieb wird der Schlitten 9 aus der Stellung nach F i g. 1 durch Drehung der Welle 22 durch den 4-5 Motor 23 abgesenkt, so daß die Führungsbuchse 57 in die Öffnung 59 einpaßt. Dann wird der Teil 42 auf die Vorsprünge 43 aufgeschraubt, so daß der Finger 41 in die Nut 40 eingreift, die Pumpen 65, 68 werden angelassen, der Strom wird an die Leitungen 62 und 77 angelegt, und der Motor 23 läuft, um den Schlitten 9 und das Werkstück 33 mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach unten zu bewegen, die den Arbeitsbedingungen entspricht, d. h. der Natur, Stärke, Strömung und Temperatur des Elektrolyten, der Natür des Materials, der Größe des zu bildenden Lochs und der elektrischen Versorgung der Leitungen 62, 66.

Beim Herabgehen des Werkstücks 33 rotiert dieses, da der Finger 41 des Teils 42 in die Nut 40 ein-

ϊο greift. Die Arbeitsspitze 70 der Elektrode 55 bildet im Werkstück ein Loch länglichen Querschnitts, wobei die längere Achse des Lochs so rotiert, daß sie stets weitgehend parallel zur Schrägung der Schaufel entlang der Länge steht. Wenn das Loch die erwünschte Tiefe erreicht hat, wird die Stromversorgung zu den Leitungen 62, 77 abgeschaltet und der Motor 23 umgekehrt, um den Schlitten 9 zu heben, wobei das Werkstück wieder rotiert, so daß die Elek-

Claims (5)

trode 70 das Loch verläßt, ohne an die Seitenwände anzuschlagen. Das Innere des Gehäuses 14 ist durch eine Öffnung 14 a zugänglich, die erwünschtenfalls mit einem durchsichtigen Fenster versehen sein kann. Die Einrichtung nach F i g. 1 kann zum Einarbeiten von runden Löchern verwendet werden, indem der Teil 42 abgenommen und die Elektrode 55 durch eine Elektrode 80 (F i g. 3) ersetzt wird. Die Elektrode hat einen runden Querschnitt und umfaßt einen hohlen Schaft 81 aus rostfreiem Stahl. Der Schaft hat eine Ringnut 82 und endet in einer nicht isolierten Arbeitsspitze 83. Ein Belag 84 aus Epoxydharz ist in die Ringnut 82 eingelegt, und der Schaft 81 trägt einen Polyvinylchloridbelag 85, 86, wobei sich diese Beläge teilweise über den Belag 84 erstrecken. Die Axiallänge des nicht isolierten Rands der Arbeitsspitze 83 ist so kurz wie möglich, um das Seitenschneiden der Elektrode herabzusetzen. Bei kleinen Rundlöchern mit Durchmessern von weniger als 1,78 mm mit einer dünnen flexiblen Elektrode nach F i g. 3 kann das Arbeitsstück mit etwa 60 U/min mittels eines Druckluftmotors rotieren. Hierdurch wird die Linearität der Elektrode unterstützt. In einer Versuchsserie wurde Salzlösung als Elektrolyt verwendet, die mit einem Druck von 7 Atm. für Löcher von über 17,78 mm und von 21 Atm. für Löcher unter 1,78 mm gepumpt wurde. Die Salzlösung hatte eine Wichte von 1,172 und wurde auf 60° C gehalten; wenn die Wichte bei dieser Temperatur auf 1,180 anstieg, kristallisierte das Salz aus der Lösung. Dies ist unerwünscht, da die Salzkristalle den Hohlraum der Elektrode blockieren können und die Leitfähigkeit des Elektrolyten beeinflussen. Die Spannung liegt zwischen 4 und 30 Volt Gleichstrom und war in den praktischen Versuchen zwischen 12 und 20 Volt, wobei die höheren Spannungen für die kleineren Löcher verwendet wurden. Der Betriebsstrom zum Einarbeiten von Löchern mit 0,889 mm Durchmesser war 0,9 A. Als Beispiel sei angegeben, daß Löcher von weniger als 1,778 mm Durchmesser zu 0,0254 mm/sec verfertigt werden können, wobei bei größeren Durchmessern die Arbeitsgeschwindigkeit verdoppelt wird. Die hergesteilten Löcher können z. B. einen Durchmesser haben, der dem der Elektrode um 0,305 mm übersteigt, wobei dieser Wert jedoch nur als Beispiel angegeben ist. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in metallischen Werkstücken mit einem eine hohle Kathode für die Elektrolytzuführung und einen in Richtung zur Kathode beweglichen Werkstückträger aufweisenden Gestell, gekennzeichnet durch einen auf einem gegenüber dem Gestell (6) linear beweglichen Schlitten (9) drehbar angeordneten Werkstückträger (35, 36, 37J, bei dem der zylindrisch ausgebildete Teil (37) des Werkstückträgers in seiner Mantelfläche eine Nut (40) aufweist und für die Steuerung der Drehbewegung des Werkstückes während der Linearbewegung des Schlittens (9) ein in die Nut (40) eingreifender Finger (41) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Werkstückträger relativ zur Linearbewegung in hohe Drehgeschwindigkeit versetzenden Nutverlauf im zylindrischen Teil (37).

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch im armförmig ausgebildeten Teil (35) des Werkstückträgers in einer zur Drehachse konzentrisch liegenden Öffnung (59) angeordnete Führungsbuchsen (57, 58) für die Elektrode (70).

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine hohle, aus rostfreiem Stahl bestehende, an ihrer äußeren Oberfläche mit Ausnahme der Arbeitsfläche (83) mit einem Isolierüberzug (84, 85, 86) versehene Kathode.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine an ihrem Kopfabschnitt (82) mit einem abriebbeständigen und haftfesten Isolierüberzug (84), insbesondere aus Epoxydharz, und ihrem Schaft mit einem Kunststoffüberzug (85, 86), insbesondere aus Polyvinylchlorid, versehene Kathode.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 565 765;
französische Patentschrift Nr. 1290 734.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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