CH648780A5 - Fluessiges medium fuer elektroerosionsbehandlungen. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Flüssiges Medium für Elektroerosionsbehandlungen in Form einer wässrigen Lösung mindestens eines Saccharids.

2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung als Saccharid mindestens einen Zucker aus der Gruppe von Rohrzucker, Fruchtzucker und Malzzucker enthält.

3. Medium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Saccharids in der Lösung 5-55 Gew.% beträgt.

4. Medium nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem ein Konservierungsmittel enthält.

5. Medium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Konservierungsmittel aus der Gruppe von Benzoesäure, Salicylsäure, Eisesseg und Alkyl-p-hydroxybenzoat ausgewählt und vorzugsweise Äthyl-p-hydroxybenzoat ist.

6. Medium nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als Konservierungsmittel Aethyl-p-hydroxybenzoat in einem Mengenanteil von 0,01-0,1 Gew. %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mediums, enthält.

7. Medium nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem ein Korrosionsschutzmittel, ausgewählt aus der Gruppe von Natriumnitrid, -polyphosphat, -dichromat, -silikat und Triäthanolamin, enthält.

8. Medium nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es als Korrosionsschutzmittel Triäthanolamin in einem Mengenanteil von 0,05-0,1 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mediums, enthält.

9. Verwendung des Mediums nach Anspruch 1 in der Elektroerosionsbehandlung von Werkstücken, wobei das zu behandelnde Werkstück in das Medium eingetaucht und zwischen dem Werkstück und einer Elektrode eine elektrische Spannung durch das Medium hindurch angelegt wird.

Elektroerosions-Behandlungsmethoden, bei denen entweder eine Formelektrode oder eine Drahtelektrode zum Einsatz gelangen, sind bekannt. In jeder dieser Methoden werden das zu behandelnde Werkstück und eine Behandlungselektrode mit einem Zwischenraum zueinander in ein flüssiges Medium eingetaucht und durch Anlegen einer elektrischen Spannung durch das Medium hindurch im Zwischenraum zwischen dem Werkstück und der Elektrode Funken erzeugt, welche auf das Werkstück einwirken.

Während der Elektroerosionsbehandlung wird das flüssige Behandlungsmedium durch Funkenstrecken abrupt verdampft, wobei hoher Druck entsteht, durch welchen geschmolzene Teile des Werkstücks verschoben werden. Das flüssige Medium dient dabei auch zur Kühlung von geschmolzenen feinen Metallteilchen, die von der Oberfläche des Werkstücks unter Entfernung von abgetragenen Spänen, zersetzten Kohlenstoffteilchen und anderen, im Bearbeitungszwischenraum unerwünschten Abfallen abgesplittert wurden.

Im allgemeinen ist das bei der Bearbeitungsmethode unter Verwendung einer Drahtelektrode verwendete flüssige Medium Wasser, so dass dieses Medium keine Brandgefahr darstellt. Andererseits wird im allgemeinen als flüssiges Medium bei den üblichen Elektroerosions-Behandlungsmetho-den ein brennbares Öl, beispielsweise Mineralöl, das ein guter Isolator ist, verwendet, da Wasser als Medium die Behandlungsrate wesentlich vermindert. Bei Absinken des Niveaus eines brennbaren flüssigen Mediums während der Ausführung einer Elektroerosionsbehandlung kann es jedoch leider vorkommen, dass das Medium durch die Funkenstrecken entzündet wird und ein Brand entsteht. Diese übliche Elektroerosions-Behandlungsmethode ist somit unvorteilhaft, da es notwendig ist, das brennbare flüssige Behandlungsmedium gegen Entzündung zu schützen.

Da jedoch aus praktischen Überlegungen derartige brennbare flüssige Medien eingesetzt werden müssen, leiden gewöhnliche derartige Behandlungsmethoden am Nachteil, dass selbst unter Schutzmassnahmen gegen die Entzündung des flüssigen Mediums ein unbemannter Betrieb während längerer Zeitdauer nicht absolut sicher ist. Ausserdem ergibt sich aus dem brennbaren Mineralöl selbst ein Problem, indem dieses schlecht riecht, etwas giftig ist und zu Reinlichkeitsproblemen führt, da es an den Händen des Betriebspersonals haftet.

Um die Feuergefahr auszuschalten, kann als flüssiges Medium ein nicht brennbares Öl, beispielsweise Siliconöl, fluoriertes oder chloriertes Öl verwendet werden, wobei jedoch Silikonöl und fluoriertes Öl ziemlich teuer sind und chloriertes Öl giftig ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flüssiges Medium für Elektroerosionsbehandlungen zu schaffen, das nicht brennbar ist, eine hervorragende Bearbeitungsrate ermöglicht, keinen schlechten Geruch aufweist und hinsichtlich Sicherheit und Reinlichkeit hervorragend ist, das billig hergestellt werden kann, eine genügend hohe Konservierungswirkung zeigt, einen vorbestimmten Isolationswiderstand aufweist und eine vorbestimmte Bearbeitungsrate ermöglicht.

Diese Aufgaben werden durch das erfindungsgemässe, im Patentanspruch 1 definierte flüssige Medium gelöst.

Im nachstehenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert. Die Zeichnung zeigt in graphischer Darstellung charakteristische Kurven der Bearbeitungsrate bei Verwendung eines flüssigen Mediums in Form von wässrigen Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen von Rohrzucker und der jeweiligen Viskosität der betreffenden Lösung.

Das erfindungsgemässe flüssige Medium wurde entwik-kelt, um die bei Verwendung von konventionellen flüssigen Medien auftretenden Schwierigkeiten bei Elektroerosionsbehandlungen zu beheben und ein flüssiges Medium zu schaffen, das nicht brennbar ist und die Leistung der Behandlungseinrichtung nicht beeinträchtigt.

Eine erfindungsgemässe, homogene wässrige Lösung von mindestens einem Saccharid ist leicht erhältlich durch Lösen des Saccharids in Wasser, wobei die Viskosität dieser Lösung durch Veränderung der Saccharidkonzentration reguliert werden kann. Eine wässrige Saccharidlösung zeigt genügend hohe Isolationseigenschaften, um Funkenentladung zwischen einem Werkstück und einer Behandlungselektrode zu ermöglichen. In Tabelle 1 sind beispielsweise spezifische elektrische Leitfähigkeiten von wässrigen Lösungen unterschiedlicher Konzentration von weissem Rohrzucker angeführt.

Tabelle 1

Konzentration weisser

Rohrzucker, Gew.% 50 40 30 20

spez. elektrische Leitfähigkeit 2,30 3,75 4,79 4,52 bei 25 C, |iS/cm

Zum Vergleich der unter Verwendung von Ausführungsformen des erfindungsgemässen flüssigen Mediums in Form

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von wässrigen Saccharidlösungen und konventionellen Vergleichsmedien in Form von Öl und Wasser erzielbaren Bearbeitungsraten wurden Werkstücke aus vergütetem Stahl unter gleichbleibenden elektrischen Bedingungen einer Elektroerosionsbehandlung unter Einsetzung einer Kupferelektrode unterzogen. Die eingesetzten flüssigen Medien und die dabei erhaltenen Resultate sind in Tabelle 2 zusammenge-fasst.

Tabelle 2

flüssiges Medium Bearbeitungsrate, g/

min vergleichsweise konventionelles Öl 1,8

vergleichsweise Wasser 0,5

erfindungsgemässe, 20 gew.%ige wässrige Saccharidlösung 1,6

erfindungsgemässe, 30 gew.%ige wässrige Saccharidlösung 1,7

Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die Bearbeitungsraten unter Verwendung des erfindungsgemässen flüssigen Mediums um ein Mehrfaches besser sind als im Vergleichsversuch unter Verwendung von Wasser und derjenigen des Vergleichsversuchs bei Verwendung von Öl praktisch gleich sind. Zusätzlich wurde gefunden, dass die Oberfläche der unter Verwendung des erfindungsgemässen flüssigen Mediums behandelten Werkstücke befriedigender ausfallen als diejenigen der in den Vergleichs versuchen unter Verwendung von Wasser bzw. konventionellem Öl behandelten Werkstücke.

Das Verhältnis zwischen der Bearbeitungsrate und der Konzentration des flüssigen Behandlungsmediums wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Diagramm der Zeichnung erläutert, wobei als Ausführungsform des erfindungsgemässen flüssigen Mediums eine wässrige Rohrzuk-kerlösung zum Einsatz gelangte. Mit ansteigender Konzentration der Rohrzuckerlösung nimmt die Bearbeitungsrate zu. Es ist jedoch zu beachten, dass bei Überschreiten einer Konzentration von 55 Gew. % Rohrzucker, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, die Viskosität des flüssigen Mediums abrupt ansteigt. Mit diesem Anstieg der Viskosität nimmt jedoch die Durchdringbarkeit des flüssigen Mediums ab, so dass es schwierig wird, das durch die Elektroerosionsbehandlung erzeugte Pulver zu entfernen, was zweifellos für die Elektroerosionsbehandlung unzweckmässig ist. Ausserdem nimmt mit ansteigender Viskosität des flüssigen Mediums die Rauheit der Oberfläche des behandelten Werkstücks entsprechend zu. Es ist somit festzuhalten, dass die optimale Konzentration des erfindungsgemässen flüssigen Mediums in Form einer wässrigen Saccharidlösung im Bereich von 5-55 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, liegt. Wenn als flüssiges Medium vergleichsweise Kerosin verwendet wird, beträgt die Bearbeitungsrate etwa 2,1 g/min bei einer Viskosität des Kerosins bei 40 C von etwa 2 mPa.s, was im Diagramm der Zeichnung für Vergleichszwecke ebenfalls eingetragen ist.

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gelangen als erfindungsgemässes flüssiges Medium wässrige Rohrzuckerlösungen zum Einsatz, wobei jedoch unter Verwendung von Traubenzucker, Fruchtzucker und Malzzucker gleiche Wirkungen erzielt werden. Diese Zucker können einzeln oder im Gemisch untereinander zum Einsatz gelangen. Ausserdem können dem erfindungsgemässen flüssigen Medium zusätzliche Hilfsmittel zugesetzt werden. Die Konzentration der wässrigen Saccharidlösungen ist nicht unbedingt auf die vorstehend angeführten Werte beschränkt und kann im wirksamen Bereich variiert werden, wie aus dem Diagramm der Zeichnung ersichtlich ist. Das erfindungsgemässe flüssige Medium ist nicht nur bei den üblichen Elektroero-sionsmethoden verwendbar sondern auch bei beliebigen anderen Elektroerosionsbehandlungen, wo eine Drahtelektrode zum Einsatz gelangt.

Bei der Ausführung von Elektroerosionsbehandlungen unter Verwendung des erfindungsgemässen flüssigen Mediums in Form einer nicht brennbaren, wässrigen Saccharidlösung besteht selbst dann keine Feuergefahr, wenn während des Betriebs Fehler gemacht werden. Demzufolge kann die Einrichtung für die Behandlung auf automatischen Betrieb eingestellt werden, was eine wichtige Einsparung von Arbeitspotential ermöglicht. Das erfindungsgemässe flüssige Medium gibt keine schlechten Gerüche ab und ist auch dann ungefährlich, wenn es an den Händen des Betriebspersonals haftet, da die wässrige Lösung nicht giftig ist. Das erfindungsgemässe flüssige Medium ist somit vom betriebshygienischen Standpunkt aus ungefährlich und sicher in der Anwendung, was auch zu einer Verbesserung der Betriebseffizienz beiträgt. Ausserdem kann das erfindungsgemässe flüssige Medium leicht und ohne Schwierigkeiten hergestellt werden.

Dem erfindungsgemässen flüssigen Medium in Form einer wässrigen Saccharidlösung können Korrosionsschutzmittel zugesetzt werden, um Korrosion der Werkstücke während längerer Bearbeitungsdauer zu verhindern. Geeignete Korrosionsschutzmittel sind beispielsweise Natrium-nitrid, -polyphosphat, -dichromat und -silikat. Am zweckmässig-sten hinsichtlich Viskosität, Isolationseigenschaften und Bearbeitungsrate ist jedoch Triäthanolamin in einem Mengenanteil von 0,05-0,1 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen Mediums.

Ausserdem können dem erfindungsgemässen flüssigen Medium in Form einer wässrigen Saccharidlösung Konservierungsmittel zugesetzt werden, um deren Zersetzung während längerer Einsatzdauer zu verhindern und damit die Lebensdauer eines Ionenaustauschers zu verlängern, der zur Erhaltung des elektrischen Widerstandes des flüssigen Mediums eingesetzt werden kann.

Es wurden Zusätze von Benzoesäure, Salicylsäure und Eisessig als Konservierungsmittel zum erfindungsgemässen Medium in Form wässriger Saccharidlösungen geprüft. Es war jedoch schwierig, mit diesen Konservierungsmitteln eine genügende Konservierungswirkung und gleichzeitig einen annehmbaren Isolationswiderstand zu erzielen.

Im nachstehenden wird die elektrische Isolations-Wider-standseigenschaft erläutert. Bei Zusatz von 0,1 Gew. % Benzoesäure zu einem erfindungsgemässen, nicht brennbaren flüssigen Medium in Form einer wässrigen Saccharidlösung resultiert ein spezifischer elektrischer Widerstand von 2,3 x IO3 fì • cm, bei gleicher Zusatzmenge Salicylsäure ein solcher von 8,0 x 102£i • cm und bei gleicher Zusatzmenge Eisessig ein solcher von 9,5 x 103 £2 • cm. Zur Erzielung eines bevorzugten spezifischen elektrischen Isolations-Widerstands von 1 x 104 Q. ■ cm ist es notwendig, die Konzentration des Konservierungsmittels auf einen beträchtlich niedrigen Wert herabzusetzen. Eine Lösung mit einer derartig geringen Konzentration Konservierungsmittel zeigt jedoch eine beachtlich geringe Konservierungswirkung in solchem Ausmass, dass sie aus praktischen Erwägungen nicht empfehlenswert ist.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen und ein flüssiges Medium mit dem erwünschten Isolationswiderstand und gleichzeitig der erwünschten Bearbeitungsrate in Form einer nicht brennbaren wässrigen Saccharidlösung zu erzielen, die trotzdem genügende Konservierungswirkung aufweist, wurde einem erfindungsgemässen flüssigen Medium in Form einer wässrigen Saccharidlösung ein Alkyl-p-hydroxybenzoat,

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insbesondere Äthyl-p-hydroxybenzoat, in einem Mengenanteil von 0,01 bis 0,1 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen Mediums, zugesetzt.

Die Zusammenhänge zwischen der Konzentration von Äthyl-p-hydroxybenzoat und der Konservierungswirkung werden im nachstehenden eingehend erläutert. In Tabelle 3 sind die Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Konzentrationen an Äthyl-p-hydroxybenzoat, der Einfachheit halber mit «EPH» bezeichnet, in einem erfindungsgemässen flüssigen Medium in Form einer 30 gew.%igen wässrigen Lösung von Rohrzucker, der bis zur Zersetzung der jeweili-s gen Lösung benötigten Zeitdauer und des spezifischen elektrischen Widerstandes der jeweiligen Lösung nach 30 d zu-sammengefasst.

Tabelle 3

Flüssiges Medium Zeidauer spez. elektri-

bis zur scher Wider

Zersetzung stand nach 30 d d

£2 • cm wässrige Lösung ohne Konservierungsmittel + 0,005 Gew.% EPH + 0,01 Gew.% EPH + 0,1 Gew.% EPH

22 2,5 xlO4

30 4,7 xlO4

65 9,3 xlO4

mehr als 65 1,2 xlO5

Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass ein flüssiges Medium in Form einer wässrigen Lösung von Rohrzucker, die Äthyl-p-hydroxybenzoat in einem Konzentrationsbereich von 0,01-0,1 Gew.% enthält, den erwünschten spezifischen elektrischen Isolationswiderstand von 1 x IO4 ti ■ cm aufweist und diesen während langer Zeitdauer beibehält und gleichzeitig genügende Konservierungswirkung aufweist.

Hinsichtlich der Auswirkung eines Zusatzes von Äthyl-p-hydroxybenzoat auf die Bearbeitungsrate wurde durch Versuche abgeklärt, dass die Bearbeitungsrate einer 30 gew.-%igen wässrigen Lösung von Rohrzucker von 1,80 g/min durch Zusatz von 0,1 Gew.% Äthyl-p-hydroxybenzoat mit 1,83 g/min praktisch unverändert blieb.

25 Aus dem vorstehenden geht hervor, dass zur Erzielung eines erfindungsgemässen flüssigen, nicht brennbaren Mediums in Form einer wässrigen Saccharidlösung, die hinsichtlich Isolationswiderstand und Bearbeitungsrate unverändert ist, jedoch genügend Konservierungswirkung aufweist, ein

30 Zusatz eines Konservierungsmittels in Form von Äthyl-p-hydroxybenzoat in einem Mengenanteil von 0,01-0,1 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, empfehlenswert ist.

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1 Blatt Zeichnungen