NL1013137C2 - Elektrode voor electrochemisch boren en werkwijze voor gebruik ervan. - Google Patents

Description

Elektrode voor elektrochemisch boren en werkwijze voor gebruik ervan.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrode voor het uitvoeren van elektrochemische booroperaties, bestaande uit een aan beide uiteinden open buis uit elektrisch 5 geleidend materiaal, welke buis een cilindrische binnenwand, een cilindrische buitenwand, een vlakke bovenwand en een vlakke onderwand bezit, en een bekleding van elektrisch isolerend materiaal op de buitenwand van de buis.

Een dergelijke elektrode wordt bijvoorbeeld beschreven in US-5.685.971. Deze bekende elektrode is voorzien van een bekleding die, met uitzondering van een gedeelte 10 aan de bovenzijde dat gebruikt wordt voor het aansluiten van de elektrische stroom, de gehele buitenwand bedekt en alleen de kopse vlakke onderwand vrij laat. Tijdens een booroperatie voor het boren van een gat in een werkstuk zal er een elektrolyt door de buis worden gepompt en zal de buis worden verbonden met een spanningsbron zodanig dat er een stroom zal gaan lopen door de elektrolyt tussen de kopse onderwand van de 15 buis en het werkstuk. Zoals bekend is leidt de combinatie van elektrische stroom en het elektrolyt tot een elektrolyse proces met een sterk agressieve werking zodat daarmee een gat kan worden geboord. De elektrode wordt bewogen in de richting van het te boren gat zonder dat er contact ontstaat tussen het werkstuk en de elektrode.

Zoals in US-5.658.971 verder wordt verklaard is het mogelijk om de diameter 20 van het te boren gat te variëren door de bewegingssnelheid van de elektrode en/of de elektrische spanning tussen de elektrode en het werkstuk te variëren.

De onderhavige uitvinding heeft nu ten doel enerzijds een elektrode te verschaffen waarmee op een nauwkeuriger gedefinieerde wijze variaties in diameter van een eenmaal geboord gat kunnen worden gerealiseerd en heeft verder ten doel een 25 werkwijze te verschaffen, waarbij deze elektrode wordt toegepast en waarbij gebruik wordt gemaakt van wisselspanning tussen de elektrode en het werkstuk.

Aan de eerste doelstelling wordt in overeenstemming met de uitvinding voldaan door een elektrode voor het uitvoeren van elektrochemische booroperaties, bestaande uit een aan beide uiteinden open buis uit elektrisch geleidend materiaal, welke 30 buis een cilindrische binnenwand, een cilindrische buitenwand, een vlakke bovenwand en een vlakke onderwand bezit, en een bekleding van elektrisch isolerend materiaal op de buitenwand van de buis met uitzondering van een gedeelte aan de bovenzijde dat gebruikt wordt voor het aansluiten van de elektrische stroom,, met het kenmerk, dat de i - I i 2 bekleding op een verder deel van de buitenwand van de buis afwezig is. Het genoemde verdere deel van de buitenwand dat niet voorzien is van een bekleding zal tijdens bedrijf het actieve gedeelte vormen. Dit gedeelte zal ervoor zorgen dat het ertegenover gelegen deel van de binnenwand van de boring sterk wordt geëtst, zodat daar de 5 diameter van de boring wordt vergroot. Afhankelijk van de vorm van dat deel van de buitenwand waarop de bekleding afwezig is, zal ook de vergroting van de boring met een soortgelijke vorm plaatsvinden.

In het algemeen verdient het de voorkeur dat het genoemde deel een ringvormig rond de buis verlopend deel is. Daarmee kunnen dus ook ringvormige vergrotingen 10 van een eenmaal geboord gat worden gerealiseerd.

Het is ook mogelijk om het deel, waar de bekleding afwezig is, te splitsen in een aantal subdelen. Zo heeft een voorkeursuitvoeringsvorm in dit verband het kenmerk dat de bekleding zich zelfdragend uitstrekt tot voorbij de onderwand van de buis. Daarmee wordt op twee plaatsen tegelijk de diameter van het eenmaal geboorde gat 15 vergroot.

In andere gevallen is het juist noodzakelijk dat er aan de onderzijde van de elektrode geen bewerking plaatsvindt. Om dat te realiseren verdient het de voorkeur dat de bekleding ook is aangebracht op de onderwand.

Aan de tweede bovengenoemde doelstelling wordt binnen het kader van de 20 uitvinding voldaan door een werkwijze voor het vergroten van de diameter van een voorgeboord gat met behulp van een elektrochemische booroperatie waarbij een holle elektrode van het type als omschreven in een der voorgaande conclusies, die wordt doorstroomd door een elektrolyt, wordt neergelaten in het gat terwijl er een elektrische wisselspanning heerst tussen de niet beklede delen van de elektrode en de wand van het 25 gat.

De uitvinding zal in het volgende aan de hand van de bijgaande figuren nader worden verklaard.

Figuur 1 illustreert een op zich bekende standaardelektrode.

Figuur 2a illustreert een eerste uitvoeringsvorm van een elektrode volgens de 30 uitvinding.

Figuur 2b illustreert een tweede uitvoeringsvorm van een elektrode volgens de uitvinding.

3

Figuur 2c illustreert een derde uitvoeringsvorm van een elektrode volgens de uitvinding en figuur 2d illustreert een vierde uitvoeringsvorm van een elektrode volgens de uitvinding.

5 Figuur 3 illustreert schematisch een elektrode als getoond in figuur 2d tijdens bedrijf.

Figuur 1 illustreert een op zich bekende elektrode bestaande uit een aan beide uiteinden open buis 1 uit elektrisch geleidend materiaal met een cilindrische binnenwand la, een vlakke bovenwand lb, een vlakke onderwand lc en een cilindrische bui-10 tenwand ld. Op de cilindrische buitenwand is een laag 2 van een elektrisch isolerend materiaal aangebracht.

Tijdens bedrijf wordt de buis 1 aan de bovenzijde via daartoe geschikte klemmen of iets dergelijks gekoppeld met de spanningsbron die de spanning tussen de buis en het werkstuk moet gaan leveren en verder wordt de buis als geheel zodanig inge-15 klemd, dat deze rechtlijnig langs een vooraf bepaald traject in de richting van het werkstuk en daarmee in de richting van het te boren gat kan worden bewogen. Voor nadere details omtrent het op deze wijze boren van een gat wordt verwezen naar het Amerikaanse octrooischrift US-5.685.971.

Een eerste uitvoeringsvorm van een elektrode volgens de uitvinding is getoond 20 in figuur 2a. Aan de buis 1 is op zichzelf niets gewijzigd. Wel is in vergelijking met figuur 1 een ringvormig deel van de isolerende bekleding op de buitenwand van de_buis weggelaten,_zodat tussen de twee resterende bekledingsdelen 2a en 2b een ringvormig deel le van de buitenwand ld van de buis blootligt.

Afhankelijk van de toepassing kan het nuttig zijn als behalve het ringvormige 25 deel le ook nog een deel nabij de onderwand van de elektrode actief is. In dat verband kan het de voorkeur verdienen een uitvoeringsvorm te gebruiken zoals geïllustreerd is in figuur 2b. In figuur 2b is niet alleen de ring le van de buis vrij van bekleding, maar is ook een tweede ring lf aangrenzend aan de onderwand lc vrij van de bekleding. De bekleding is dus in twee delen verdeeld, een deel 2a dat zich uitstrekt vanaf de ring le 30 tot aan de bovenwand van de buis en een tweede deel 2b dat zich uitstrekt tussen de ringen le en lf.

Een derde uitvoeringsvorm van een elektrode is getoond in figuur 2c. In deze figuur is alleen de ring le vrij van bekleding. Om er in dit geval voor te zorgen dat de Ί , 'h 4 t I 'J ! r.

4 onderzijde van de elektrode niet of nauwelijks een rol speelt is het deel 2b van de bekleding in dit geval doorgezet tot voorbij de onderwand lc van de buis. Er is vanuit gegaan dat de bekleding uit een voldoende stevig materiaal bestaat om een dergelijke uitbreiding toe te laten. Doordat de onderwand lc nu binnen een isolerende huls ligt, 5 zal de bijdrage aan het boorproces van dit deel van de buis nul dan wel verwaarloosbaar zijn.

Een vierde uitvoeringsvorm van een elektrode volgens de uitvinding is getoond in figuur 2d. In deze uitvoeringsvorm is alleen het ringvormige deel le van de buitenwand vrij van bekleding en is er zelfs voor gezorgd, dat ook de onderwand lc 10 voorzien is van een bekleding. Daartoe loopt het onderste deel 2b van de bekleding als het ware "de hoek om" en strekt zich ook uit over de onderwand lc.

De uitvinding heeft niet alleen betrekking op een nieuwe configuratie van een elektrode maar heeft ook betrekking op een werkwijze waarin deze elektrode wordt 'toegepast. Dankzij de nieuwe configuratie van de bloot liggende delen, die in het 15 bijzonder deel uitmaken van de buitenwand van de buis, wordt bereikt dat de stroomlijnen tussen de elektrode en het werkstuk nagenoeg evenwijdig en loodrecht op zowel de wand van de buis als op het werkstuk verlopen. Daardoor er een scherpere overgang worden gerealiseerd tussen de aangrenzende delen van het werkstuk met kleinere en grotere diameter.

20 Figuur 3 toont een elektrode als getoond in figuur 2d tijdens bedrijf. De elektrode zelf is in zijn algemeenheid aangeduid met 10. Een ringvormig deel van de bekleding 14 is van de metalen buis 16 verwijderd, zodat het deel 12 van de buis komt vrij te liggen. De elektrode is gedeeltelijk ingevoerd in een boring 18 door een werkstuk 20. Deze boring kan op bekende wijze vervaardigd zijn met een elektrolytisch 25 proces maar eventueel ook met een andere werkwijze. De toegepaste methode speelt binnen het kader van de uitvinding geen rol.

Tijdens bedrijf wordt er door de holle elektrode 10 een elektrolyt gepompt dat aan de onderzijde van de elektrode uitstroomt, en althans gedeeltelijk via de ruimte tussen de elektrode 10 en het werkstuk 20 weer omhoog stroomt. (Als er zoals in dit 30 voorbeeld al een boring in het werkstuk aanwezig is zijn vaak ook andere stromingspatronen voor het elektrolyt mogelijk, dit is echter in verband met de uitvinding van geen belang). Wordt nu de bovenzijde van de elektrode 10 aangesloten op een (in de figuur niet getoonde ) voedingsbron dan zal er een stroom gaan lopen 5 door de buis 16, via het blootliggende deel 12 door het in de boring 22 aanwezige elektrolyt 22 naar het werkstuk 20. Als gevolg van de agressieve invloed van de combinatie stroom-elektrolyt zal een ringvormige uitsparing in de wand van het werkstuk worden aangebracht. Dankzij de configuratie zal althans een groot deel van 5 de stroomlijnen 24 door het elektrolyt loodrecht staan zowel op de wand van de buis 10 alsook op de wand van de boring 18 waardoor de ringvormige uitsparing 24 nagenoeg rechte hoeken zal hebben. Door toepassing van de uitvinding kunnen dus beter en scherper gedefenieerde uitsparingen worden gerealiseerd. De elektrode kan tijdens bedrijf telkens even stil gehouden worden maar ook eventueel met vaderende snelheid 10 geleidelijk verder in de boring 10 worden geleid afhankelijk van het gewenste resultaat.

Bij voorkeur wordt niet gebruik gemaakt van gelijkstroom zoals in US-5.685.971, maar wordt gebruik gemaakt van wisselstroom. Dat heeft onder meer als voordeel dat er geen kathode-vervuiling optreedt.

15

Claims (9)

1. Elektrode voor het uitvoeren van elektrochemische booroperaties, bestaande uit een aan beide uiteinden open buis uit elektrisch geleidend materiaal, welke buis een 5 cilindrische binnenwand, een cilindrische buitenwand, een vlakke bovenwand en een vlakke onderwand bezit, en een bekleding van elektrisch isolerend materiaal op de buitenwand van de buis, met uitzondering van een gedeelte aan de bovenzijde van de buis dat gebruikt wordt voor het aansluiten van de elektrode op een elektrische voedingsbron^ met het kenmerk, dat de bekleding op een verder deel van de bui-10 tenwand van de buis afwezig is.

2. Elektrode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het genoemde deel een ringvormig rond de buis verlopend deel is.

3. Elektrode volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de bekleding aan grenzend aan de onderwand eveneens op een deel van de buis afwezig is.

4. Elektrode volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het genoemde deel een ringvormig rond de buis verlopend deel is. 20

5. Elektrode volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de bekleding zich zelfdragend uitstrekt tot voorbij de onderwand van de buis.

6. Elektrode volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de 25 bekleding ook is aangebracht op de onderwand.

7. Werkwijze voor het vergroten van de diameter van een voorgeboord gat met behulp van een elektrochemische booroperatie waarbij een holle elektrode van het type als omschreven in een der voorgaande conclusies, die wordt doorstroomd door een 30 elektrolyt, wordt neergelaten in het gat terwijl er een elektrische wisselspanning heerst tussen de niet beklede delen van de elektrode en de wand van het gat.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de snelheid waarmee de elektrode wordt neergelaten tijdens de operatie wordt gevarieerd.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de elektrische span-5 ning tussen de niet beklede delen van de elektrode en de wand van het gat tijdens het proces wordt gevarieerd. *****