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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrochemischen Durchbohren
von Werkstücken mit einer hohlen Werkzeugelektrode, durch die der stirnseitig angeordneten
Elektrodenarbeitsfläche Druckelektrolyt zugeführt wird, mit einer Einrichtung zum
Vorschieben der Elektrode unter Einhaltung eines engen Spalts zwischen Arbeitsfläche
und Werkstück und mit einem Auffangkörper, der dort, wo die Elektrodenstirnfläche
durch das Werkstück hindurchstößt, gegen das Werkstück gehalten wird und den entstandenen
Bohrkern in seiner Lage festhält.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird das Werkstück mit
dem Auffangkörper verklebt, so daß verhindert wird, daß der Bohrkern sich löst und
so einen Kurzschluß zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück herbeiführt.
Durch diese Vorrichtung werden jedoch nicht solche Kurzschlüsse vermieden, die beim
Durchbruch des Bodens der Werkstückhöhlung entstehen. Bekanntlich werden einige
Stellen des Bodens zuerst wegerodiert, so daß sich dort Durchgänge für den Elektrolyt
bilden, wodurch der Druck und die Menge des Elektrolyten im Zwischenraum zwischen
Elektrodenstirnfläche und Werkstück abnimmt. Der Vorschub der Werkzeugelektrode
wird hierdurch größer als die Materialabnahme an den stehengebliebenen Teilen des
Bodens, so daß eine Berührung zwischen diesen Teilen und der Stirnfläche der Elektrode
und damit ein Kurzschluß eintritt. überdies wird infolge des Auflösens der Klebmasse
zwischen Werkstück und Auffangkörper der Kern nicht zuverlässig und dauerhaft gehalten.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung weist der Auffangkörper eine
Aüsnehmung auf, die größer ist als der Durchmesser der im Werkstück erzeugten Bohrung.
Diese Ausnehmung zeigt eine ins Freie gehende Bohrung. Hierdurch soll bewirkt werden,
daß der abgetrennte Kern auf den Grund der Ausnehmung absinkt und dort durch den
Druck der Elektrolytflüssigkeit gehalten wird. Bei dem ungleichmäßigen Durchbruch
des Bodens fließt jedoch der Elektrolyt über die Ausnehmung und deren Bohrung ab,
so daß ein Druckabfall des Elektrolyts eintritt, was zu der oben beschriebenen Berührung
führen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum elektrochemischen
Durchbohren von Werkstükken zu schaffen, bei der Kurzschlüsse beim Durchbruch der
Elektrode durch das Werkstück verhütet werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß im Auffangkörper eine Ringausnehmung vorgesehen ist, deren offene, dem Werkstück
zugewandte Ringfläche der Arbeitsfläche der Elektrode gegenübersteht und etwas größer
ist als diese, und die durch einen Zuführkanal an eine Quelle von Druckelektrolyt
angeschlossen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Zusammenhang mit der
Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung
eines ersten Ausführungsbeispieles einer Einrichtung gemäß der Erfindung, F i g.
2 bis 5 Schnitte durch weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung, F i g.
5 a eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Elektrodenwerkzeuges, wie es
im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 verwendet wird, F i g. 5 b eine Untersicht
des Elektrodenwerkzeuges gemäß F i g. 5 a, F i g. 5 c eine Teildraufsicht auf ein
fertiggestelltes Werkstück, das mit Hilfe einer Einrichtung gemäß F i g. 5 hergestellt
wurde.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird bei einer typischen
elektrochemischen Bohroperation ein hohles Elektrodenwerkzeug 12 elektrisch mit
der negativenKlemme einerGleichstromquelle verbunden und langsam in ein an die positive
Klemme angeschlossenes Werkstück 14 hineinbewegt, wobei ein Elektrolyt unter hohem
Druck durch einen Kanal 16
in das hohle Elektrodenwerkzeug hineingedrückt
wird. Der Elektrolyt fließt nun durch den Spalt zwischen der sich vorwärtsbewegenden
Arbeitsfläche 18 des Elektrodenwerkzeuges und der allmählich zurückgehenden entsprechenden
Oberfläche des Werkstückes, das durch das elektrochemische Verfahren erodiert wird.
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Vorzugsweise ist das Elektrodenwerkzeug an seiner Außenfläche in an
sich bekannter Weise mit einem haftenden Film 19 eines elektrisch isolierenden Materials
überzogen, um eine Elektrolyse an den Seitenwänden 20 der Höhlung im Werkstück zu
verhindern. Wenn es erwünscht ist, die Elektrolyse des Kernes zu verhindern, so
kann auch die innere Oberfläche 21 des Elektrodenwerkzeuges in ähnlicher Weise überzogen
werden.
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Wenn das Elektrodenwerkzeug 12 in das Werkstück bis in die in F i
g. 1 dargestellte Lage eingedrungen ist, so ist der Materialkern 22 vom Werkstück
getrennt. In den meisten Fällen wird der Kern vom Werkstück nicht an allen Stellen
zugleich getrennt, sondern einige Teile des Bodens der Werkstückhöhlung werden zuerst
wegerodiert. Dort bildet sich ein Ausgang für den Elektrolyten, und der Druck des
Elektrolyten sinkt ab. Infolge dieser Verringerung des Elektrolyten im Spalt wird
nun die Werkstückhöhlung nicht mehr mit der gleichen hohen Geschwindigkeit erodiert
wie bei hohem Druck des Elektrolyten. Hierdurch ergibt sich dann ein Kurzschluß,
wenn das sich vorwärtsbewegende Elektrodenwerkzeug das Werkstück berührt.
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Um dies zu verhindern, ist unter dem Arbeitsstück 14, wie in
der Zeichnung dargestellt, ein Auffangkörper 24 mit einer Ausnehmung
28 angeordnet, die der Form der Arbeitsfläche 18 des Elektrodenwerkzeuges
entspricht und der unter Druck über einen Kanal 26 ein Elektrolyt zugeführt wird.
Damit ergibt sich eine ausreichende Zufuhr des Elektrolyten zu dem Spalt auch dann,
wenn das Elektrodenwerkzeug teilweise den Boden des Werkstückes durchbrochen hat.
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Die Ausnehmung 28 umgibt einen Bereich 30 des Auffangkörpers, der
als Träger für den Kern 22 dient und diesem ungefähr entspricht. Unterhalb des Kernes
22 ist in dem Auffangglied entweder ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet angeordnet,
der den Kern anzieht und in seiner Lage hält, so daß nicht mehr durch Berührung
zwischen dem Kern und einem Teil der Innenfläche 21 des Elektrodenwerkzeuges ein
Kurzschluß entstehen kann. Dieses Verfahren kann in Verbindung mit irgendeinem magnetisch
anziehbaren Werkstückmaterial verwendet werden und ist einfach und wirtschaftlich
in seiner Anwendung. Die magnetische Kernhaltevorrichtung kann ohne weiteres einer
beliebigen Kerngröße angepaßt werden.
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F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei
dem der Kern in einer Lage gehalten wird, auch wenn das Werkstückmaterial nicht
von
einem Magnet angezogen werden kann. In dem Auffangkörper 24
ist hier eine Bohrung 34 vorgesehen, die etwas kleiner als die Bodenfläche des zu
bildenden Kernes 22 ist und die mit einer Vakuumpumpe, der Saugseite der nicht dargestellten
Elektrolytpumpe oder der Atmosphäre verbunden ist. Der an der Unterseite 36 des
Kernes 22 entstehende niedrige Druck übt eine nach unten gerichtete Kraft auf den
Kern aus, die den Kern beim Abtrennen vom Werkstück in seiner Lage hält, so daß
ein Kontakt des Kernes mit dem Kathodenwerkzeug unmöglich ist. In dem Bereich 30
kann um die Bohrung 34 herum ein nicht dargestellter Ring aus Gummi, Kunststoff
od. dgl. eingebettet werden, wodurch eine günstigere und bessere Abdichtung zwischen
dem Einlaß der Bohrung und der Unterseite 36 des Kernes erzielt wird.
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F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In
einem Elektrodenwerkzeughalter 46 ist eine Kolbenstange 40 vorgesehen, die eine
um die Kolbenstange herum angeordnete Druckfeder 42 aufweist und einen nichtleitenden
Kopf 44 hat, derart, daß bei Vorschieben des Elektrodenwerkzeuges 12 in das Werkstück
hinein der unter Federkraft stehende Kolben 38 eine nach unten gerichtete Kraft
auf den Kern 22 ausübt, die den Kern gegen den Auffangkörper 24 drückt und in seiner
Lage hält, wenn er vom Werkstück abgetrennt wird. In dem vorliegenden Beispiel ist
der Kolbenkopf 44 aus einem nichtleitenden Material hergestellt, so daß ein
Kurzschluß zwischen dem kathodischen Elektrodenwerkzeug 12 bzw. dem Halter 46 und
dem anodischen Werkstück vermieden wird, doch sei darauf hingewiesen, daß auch andere
Mittel zum Isolieren der Kolbenvorrichtung verwendet werden können. Dieses Verfahren
wird besonders vorteilhaft bei großen zylindrischen Kernen aus einem beliebigen
Metalliodmaterial verwendet.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels
nach F i g. 3, insofern als der Kolben nicht durch Federspannung, sondern durch
den Druck des Elektrolyten betätigt wird. In dem Elektrodenhalter 46 :ist hier ein
Kolben 48 mit einem Kolbenkopf 50 und einem zylindrischen Kolbenkörper 51 verschiebbar
angeordnet, der mit einer kappenartigen nichtleitenden Spitze versehen ist. Der
unter hohem Druck stehende, in das hohle Kathodenwerkzeug 12 durch den Einlaß 53
im Werkzeughalter 46 eintretende Elektrolyt wird nun über den Kanal 54 mit einem
Zylinder 56 verbunden, so daß er auf den Kolbenkopf 50 wirkt und die Spitze 52 des
Kolbenkörpers 51 eine Kraft ausübt, die den Kern 22 gegen die Fläche 30 des Auffangkörpers
24 hält, auch nachdem er vom Werkstück abgetrennt ist. Zur Freigabe von Eelektrolytlösung,
die eventuell am Kolbenkopf 50 vorbeigeflossen sein könnte, ist eine Öffnung 58
vorgesehen, die zur Außenluft führt. Der Kolbenkörper 51 ist mit einer Spitze 52
aus einem nichtleitenden Material, wie oben erwähnt, versehen, so daß ein Kurzschluß
zwischen dem anodischen Kern 22 und dem kathodischen Elektrodenwerkzeug 12 in dem
Halter 46 nicht auftreten kann. Es sei wieder darauf hingewiesen, daß zur Isolierung
ohne weiteres auch andere Mittel verwendet werden können.
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F i g. 5 bis 5 c zeigen eine weitere Vorrichtung, um den Kern in seiner
richtigen Orientierung am kritischen Punkt der Bohroperation festzulegen. Das in
Seitenansicht in F i g. 5 a und in Untersicht in F i g. 5 b dargestellte Elektrodenwerkzeug
12 hat mehrere kleine ausgenommene Kerben 64, die an der Elektrodenarbeitsfläche
18 derart vorgesehen sind, daß nach dem Durchtritt der Elektrode durch die untere
Seite des Werkstückes mehrere kleine Trägerrippen 62 entsprechend den Kerben 64
zwischen dem Kern und dem Werkstück verbleiben. Das Werkstück mit dem Kern ist immer
noch in seiner ursprünglichen Lage, wie in F i g. 5 c dargestellt, und wird dann
aus der Vorrichtung entfernt, wobei der Kern und die Trägerrippen mit leichten Hammerschlägen
herausgbrochen werden. Dieses Verfahren kann ohne weiteres zur Bearbeitung von unregelmäßigen
und komplizierten Formen irgendeines metalloiden Materials verwendet werden, ist
sehr einfach und erfordert wenig oder gar keine besonderen Kosten für das Werkzeug,
da der Anpreßkolben weggelassen werden kann.
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Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein Auffangkörper
24 vorgesehen, der eine Ausnehmung 28 entsprechend der Form der Elektrodenwerkzeugarbeitsfläche
18 hat. Die- Ausnehmung 28
wird dann in Verbindung mit einem unter
Druck stehenden Elektrolyten über einen Kanal 26 gebracht, um zu verhindern, daß
die Menge des Elektrolyten im eigentlichen Arbeitsraum, wie oben erklärt, verringert
wird.