ECM - Elektrochemische Metallbearbeitung,
EC-Kombinationsverfahren.
- Beitrag zur Technikgeschichte -
85. Geburtstag
von Herrn Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht,
Pionier der Elysiertechnik und
Nestor elektrotechnologischer Kombinationsverfahren
sowie die Elektrotechnologien:
Elektrochemische Materialbearbeitung
und
Elektrochemisch-Elektrothermisch-Mechanische Metallbearbeitung
von Dr.-Ing. Wolfgang Piersig
Berg- und Adam-Ries-Stadt Annaberg-Buchholz und Chemnitz
am 15. Oktober 2008
- 2 -
(* 15. Oktober 1923)
- 3
Seine Maxime:
Lerne Weisheit übe Tugend"
Gotthold Ephraim Lessing
(* 22.01.1729 in Kamenz 15.02.1781 in Braunschweig)
- 4 -
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis
4
Prolog.
7
Beitrag zum 85. Geburtstag von Herrn Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht. 9
Thesen von Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht zur elektrochemischen
Metallbearbeitung (ECM) und zu den elektrotechnologischen
Kombinationsverfahren (EC-KV), Teil I Stand 1971.
14
Thesen von Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht zur elektrochemischen
Metallbearbeitung (ECM) und zu den elektrotechnologischen
Kombinationsverfahren (EC-KV), Teil II Stand 1980.
19
Wiedergabe und Zitate aus ausgewählten Veröffentlichungen.
25
Exzerpt zu dem Punkt einige Aspekte zur Entwicklung der elektrochemischen
Metallbearbeitung und zu ihrem historischen Werdegang.
28
Anwendungsmöglichkeiten der Elysiertechnik
29
Zeichen zum Erkennen der funktionstechnischen Zusammenhänge der
Elysierverfahren.
31
Anwendungsmöglichkeiten der Elysiertechnik mit Abkürzungen, Prinzipskizzen
und Zeichen zum Erkennen der funktionstechnischen Zusammenhänge (I).
32
Anwendungsmöglichkeiten der Elysiertechnik mit Abkürzungen, Prinzipskizzen
und Zeichen zum Erkennen der funktionstechnischen Zusammenhänge (II).
33
Anwendungsmöglichkeiten der Elysiertechnik mit Abkürzungen, Prinzipskizzen
und Zeichen zum Erkennen der funktionstechnischen Zusammenhänge (III).
34
Abstract zur Ursache und Wirkung des elektrochemischen, elektroerosiven und
mechanischen Metallabtrags mit einem rotierenden Werkzeug.
35
Zusammenstellung zu Grundverfahren der elektrochemisch-elektrothermisch-
mechanischen sowie elektroerosiv-elektrothermisch-mechanischen Bearbeitung
und deren Verfahrensvarianten.
35
Kurzfassung zu den allgemeinen Grundlagen des elektrochemischen Entgratens. 42
Summarium zum elektrochemischen Formentgraten.
43
Übersicht zum elektrochemischen Entgraten mittels Segmentkatode.
44
- 5 -
Vorstellung des elektrochemischen Badentgratens.
44
Abriss zum elektrochemisches Entgraten mittel stromleitender Bürste.
45
Einblick in das elektrochemisches Entgraten von Hohlkörpern.
47
Erläuterung einer Einschalt-Kurzschlusssicherung für Katoden an
elektrochemischen Entgratanlagen.
47
Standpunkt zur Optimierung des Elektrolytkreislaufs.
49
Ansicht zur quantitativen Beziehung zwischen EC-Bearbeitungszeit und
Verschmutzung der Elektrolytlösung.
49
Behauptung zum Absetzverhalten des Eisen(III)-hydroxids.
50
Entzug der Restelektrolytlösung aus dem Konzentrat der Reaktionsprodukte. 51
Optimierung der Elektrolytlösungsmassen und Behältergrößen.
52
Ausgewählte, betreute Veröffentlichungen.
54
Stellungnahme zu den Verfahrenskombinationen.
55
Auskunft zur elektrochemisch-elektrothermischen Fertigung (ECETM).
55
Auskunft zur elektrochemisch-mechanischen Fertigung (ECMM).
55
Ausgewählte Abschlüsse, Berufungen, Ehrungen, Auszeichnungen von
Herrn Professor Doktor. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht.
57
Schlussbemerkungen.
59
Überblick zu einigen geleiteten und ausgewählten betreuten Arbeiten auf dem
Gebiet der Elektrotechnologien.
63
Literatur.
67
Anlage - Sonderdruck zum Thema: ECM Elektrochemische Metallbearbeitung
von Prof. Dr. rer. nat. habil. Wolfgang Forker und Dipl.-Chem. Hans Wicht.
69
Anlage Tabellen- und Bildteil zur Veröffentlichung: ECM Elektrochemische
Metallbearbeitung, von Prof. Dr. rer, nat. habil. Wolfgang Forker und Dipl.-Chem.
Hans
Wicht.
78
Anlage - Auszüge aus dem URANIA - Gespräch ECM Elektrochemische
Metallbearbeitung mit Herrn Prof. Dr. rer. nat. habil. Wolfgang Forker und
Herrn Dipl.-Chem. Hans Wicht.
84
- 6
Anlage - Demonstrationsbeispiele zum elektrochemischen und elektrochemisch
kombinierten Metallabtrag, Verfahren der ECM und ECETMM.
86
Charakterisierung, Abgrenzung und schematische Darstellung der elektrochemisch,
elektroerosiv, elektrothermisch und elektrochemisch und elektroerosiv
kombinierten Metallabtragverfahren.
97
Grundverfahren der elektrochenisch-elektrothermisch-mechanischen sowie
elektroerosiv-elektrothermisch-mechanischen Metallbearbeitung und deren
EC-Verfahrenskombinationen.
98
Anlage - Ermittelte Materialabtragraten beim elektrochemisch-elektrothermisch-
mechanischen Schleifen (ECETM-Schleifen) für ausgewählte Werkstoffe.
99
Anlage - Schematische Darstellung einer EC-Trennanlage als Kreissäge.
100
Schematische Darstellung einer elektrochemisch kombinierten
Metallschneidanlage.
101
Anlage - Die Anwendungsbreite des ECETM-Schneidens und wesentliche
Arbeitsergebnisse des elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen
Trennens.
106
Anlage - Darstellung der elektrochemischen Metallbearbeitung am Beispiel des
elektrochemischen Trennens (EC-Trennen).
107
Anlage - Darstellung der elektrochemischen Metallbearbeitung am Beispiel des
elektrochemischen Trennens (EC-Trennen) auf einer EC-Trennmaschine
zum
Mehrfachschneiden.
108
Vita
des
Autors.
109
Abstract.
111
- 7 -
Prolog.
Zwei Themen, nämlich Spitzenleistungen auf dem Gebiet der Elysiertechnik sowie
Pionierarbeit, Innovationen und Engagement im Fachbereich der elektrochemischen
Verfahrenskombinationen bilden den Buchinhalt: ,,ECM - Elektrochemische
Metallbearbeitung, EC-Kombinationsverfahren - Beitrag zur Technikgeschichte - 85.
Geburtstag von Herrn Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht, Pionier der
Elysiertechnik und Nestor elektrotechnologischer Kombinationsverfahren sowie die
Elektrotechnologien: Elektrochemische Materialbearbeitung und Elektrochemisch-
Elektrothermisch-Mechanische Metallbearbeitung".
Beides, das Lebenswerk von Herrn Prof. Dr. Hans Wicht für die ,,Elektrochemische
Metallbearbeitung - ECM" und seine Explikationen der wichtigsten ,,Elektrochemischen
Kombinationsverfahren EC-KV", bilden eine Ganzheit, nämlich dafür steht
bekanntermaßen das Pseudonym Elektrotechnologien.
Es geht folglich in diesem Buch um die Leistungen, die der Jubilar im Arbeitsbereich
der rein elektrochemisch gezielten Metallauflösung wie auch im Fachgebiet der
elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen Metallbearbeitung für die Theorie und
Praxis vollbracht hat. Angesprochen wird neben der Aktualität auch die (volks-)
wirtschaftliche Relevanz der Elektrotechnologien, also um die Fertigungstechnologien
mit speziellen technologischen Arbeitsweisen, bei denen elektrische Energie unmittelbar
zur Veränderung der geometrischen Abmessungen, d. h. die Formänderung, oder die
Verbesserung der physikalisch-chemischen und mechanischen Eigenschaften, d. h. die
Stoffeigenschaftsänderung, oder den Erzeugungsprozess, sowohl von Werkstücken wie
auch Werkstoffen geht.
In dieser Publikation wird nicht nur das Gesamtwerk von Prof. Dr. Wicht aus dem
Tätigkeitsbereich der EC-Verfahren und EC-Kombinationsverfahren vermittelt, sondern
es werden auch, aufbauend auf den Erkenntnissen, den Ergebnissen, dem
Wissenszuwachs aus der Grundlagenforschung und den Applikationen dazu wichtige
Faktoren herausgestellt, die die breite industrielle Einführung dieser
elektrotechnologischen Verfahren beeinflussen.
Schließlich wird vermittelt, daß die von Professor Doktor Hans Wicht in steter
Teamarbeit erzielten theoretischen und praktischen Ergebnisse von einem hohen
wissenschaftlichen Wert und vielen Innovationen gekennzeichnet waren, aber auch, daß
die Anwendung seiner geschaffenen Verfahrenstechnologien folgende wirtschaftliche
Gebote erfüllen, wie verbesserte Primärenergienutzung, Verbesserung der Qualität der
Erzeugnisse, Erhöhung der Material- und Energieökonomie, Anhebung des
Umweltschutzes sowie Verbesserung der Arbeits- und Lebensbedingungen.
Letztendlich wird in dieser Veröffentlichung zur Kenntnis gebracht, das Werk von Prof.
Dr. Wicht ist eine eindeutige Beweisführung, daß die rein elektrotechnologischen wie
auch die EC-Verfahrenskombinationen zu den progressiven material-, energie-,
arbeitsstufen- und arbeitszeitsparenden technologischen Verfahren, deren verstärkte
Anwendung in nahezu allen Zweigen der Fertigungstechnik für die Erhöhung der
Effektivität bei der Materialbearbeitung immer bedeutsamer wird und die die bekannten
- 8
konventionellen technologischen Verfahren notwendig ergänzen, ohne sie in jedem Fall
zu ersetzen.
Das Werk versteht sich vor allem auch als Sprachrohr für das Progressive und die
Innovationen auf dem Arbeitsfeld der fortschrittlichen bzw. richtungweisenden
elektrotechnologischen Verfahren, die in der Fertigungstechnik zur Anwendung
kommen.
Wegen der Vielfältigkeit der von Herrn Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht vor
allem im Teamwork bearbeiteten Zweige der gezielten anodischen Metallauflösung
sowie originellen elektrochemisch kombinierten Materialabtragverfahren wie auch
geschaffenen, breit gefächerten Anwendungsmöglichkeiten dieser Elektrotechnologien
erhebt diese Publikation keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Um den Rahmen dieser Laudatio auf den Jubilar nicht zu sprengen, wurde insbesondere
nur auf die wichtigsten Veröffentlichungen von ihm zurückgegriffen, beispielsweise
seine Dissertationsschriften zur Promotion A, eingereicht und verteidigt an der
Technischen Hochschule Karl-Marx-Stadt (jetzt Technische Universität Chemnitz) und
zur Promotion B, vorgelegt und habilitiert an der Technischen Hochschule Otto von
Guericke Magdeburg (jetzt Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg) sowie den in
seiner Wirkungsstätte auf seinen Arbeitsfeldern erfolgreich zum Abschluss gebrachten
Forschungsberichte.
Darüber hinaus dienten für dieses Elaborat die vom Jubilar in einem von ihm im
Oktober 2008 dem Autor gewährtes Interview zur Erforschung und dem Einsatz der
Elektrotechnologien in der Metallbearbeitungstechnik sowie ihrer Einbindung in die
Lehre.
Da dieses Buch von seiner Anlage her, nur in die Verfahren der Elektrotechnologien
,,einführen" soll, hat der Autor neben einer Würdigung der Verdienste von Herrn
Professor Doktor Hans Wicht auf den Gebieten der ,,Elysiertechnik" und der ,,EC-
Kombinationsverfahren" für jene, welche sich hierzu breiter informieren bzw.
weiterbilden möchten, auch das umfangreiche, vom Jubilar verwendete Schrifttum mit
in diese Schrift aufgenommen. Sie werden hierdurch auch dem Leserkreis für die
weitere Vertiefung der Kenntnisse zu den angesprochenen wie auch behandelten
Verfahren empfohlen.
Das Werk wendet sich an Wissenschaftler, Praktiker, Lehrende, Studierende, Lernende
und Interessierte an der weiteren Erforschung und Einführung der Elektrotechnologie in
die Metallbe- und verarbeitung und ihre Einbeziehung in die Wissensvermittlung an
akademischen, ingenieurtechnischen wie auch allgemein bildenden Einrichtungen bzw.
Schulen, aber auch an die Fachkräfte in der industriellen Praxis.
Letztendlich verfolgt der Autor in dieser Publikation den Grundgedanken, eine bessere
Fokussierung wie auch zweckgerichtete Hinwendung zu den spezifischen
Verfahrensvorteile der mechanischen Metallbearbeitung, der Elektrofunkenbearbeitung
und der elektrochemischen Metallbearbeitung in einer technologischen Stufe mit der
,,Elektrochemisch-Elektrothermisch-Mechanischen-Metallbearbeitung (ECETMM)" zu
bekommen bzw. zu finden.
- 9 -
Beitrag zum 85. Geburtstag von Herrn Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht.
Die Entwicklung moderner Fertigungsverfahren, basierend auf neuen Wirkprinzipien
und Energieträgern, prägt die wissenschafts-technische Revolution unserer Zeit. Dazu
gehören auch die Elektrotechnologien wie die elektrochemischen, elektrothermischen,
elektromechanischen sowie Elektronenstrahl-Verfahren, aber auch ihre vielfältigen
Verfahrenskombinationen.
Obwohl die Gesetzmäßigkeiten und naturwissenschaftlichen Zusammenhänge des
elektrochemischen wie auch elektroerosiven Metallabtrages schon inmitten der
industriellen Revolution erkannt und untersucht worden sind, hat sich die
Nutzanwendung der elektrotechnologischen Verfahren erst nach der Entdeckung des
dynamoelektrischen Prinzips durch Werner von Siemens im Jahre 1866 erkennbar
durchgesetzt.
Für die theoretische Begründung der Elysiertechnik hat Michael Faraday in den Jahren
1833-1834 durch seine Arbeiten auf dem Gebiet der Stoffumsetzungen bei
Elektrolysevorgängen die Grundvoraussetzungen geschaffen.
Seit dieser für die theoretische und anwendungsorientierte Elektrochemie historischen
Etappe der Wissenschaftsentwicklung vergingen nahezu 150 Jahre bis zu den Anfängen
der industriellen Nutzanwendung.
Einen starken Impuls erhielt die EC-Technik in Richtung ihrer praktischen
Verwertbarkeit durch das Patent von Williams, Electrolytic Shapping [1] im Jahre 1962.
Die von ihm ausgearbeitete, in die Zukunft weisende EC-Verfahrenstechnologie führte
in nahezu allen Industriestaaten der Welt zu einer steilen Aufwärtsentwicklung der
elektrochemischen Metallbearbeitung.
An der Technischen Hochschule Karl-Marx-Stadt (jetzt TU Chemnitz) in der Sektion
Chemie und Werkstofftechnik im Wissenschaftsbereich Chemie war es vor allem Herr
Professor Dr. Wicht, der seit dieser Zeit große Anstrengungen unternahm, die zu diesem
Zeitpunkt recht gut bekannten elektrochemischen Zusammenhänge anodischer
Reaktionen auf den gezielten Metallabtrag an schwer zerspanbare Werkstoffe zu
übertragen.
Ausgehend von Piranis und Schröters ersten Versuchen zur ECM im Jahre 1924 [2],
dem von Gusev und Rozkov 1928 entwickelten Verfahren zum EC-Senken [3] sowie
von dem Gusev-Patent Method an Apparatus for the Treatment of Metals aus dem Jahre
1930 [4], aber auch dem von dem sowjetischen Patent zur elektroerosiven
Metallbearbeitung aus dem Jahre 1943 [5] erbrachte Professor Doktor Hans Wicht durch
die Verfahrenseinführungen insbesondere der Elektrochemischen Metallbearbeitung
(ECM) aber auch der Elektroerosiven Metallbearbeitung (EDM) den Beweis, wie über
eineinhalb Jahrhunderte alte Erkenntnisse der Grundlagenforschung durch den
zweckgerichteten technischen Fortgang und die zielgerichtete Werkstoffentwicklung zu
unmittelbarer praktischer Bedeutung gelangen können und das tiefe Eindringen in die
Natur- und Technikwissenschaften Fortschritt und Wohlstand bringen kann.
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In [6] hat Prof. Wicht zusammengestellt, welche Möglichkeiten die elektrochemische
Metallbearbeitung der Maßbearbeitung stromleitender Werkstoffe eröffnet.
Professor Doktor Hans Wicht, geboren am 15. Oktober 1923 in Schloßvippach im
Thüringischen, erlernte den Beruf eines Werkzeugmachers bei der Rheinmetall-Borsig
Aktiengesellschaft, Werk Sömmerda (Freistaat Thüringen). Dadurch wurde er schon
von frühester Jugend an mit der Bearbeitung metallischer Werkstoffe vertraut.
Durch eine nach 1945 an der Technischen Hochschule Dresden erhaltene Diplom-
Chemiker-Ausbildung wurde nicht nur sein chemisch-physikalisches Verständnis zu den
metallischen Werkstoffen geschult, sondern auch die wissenschaftliche Basis für die
abtragenden Materialbearbeitungsverfahren mit elektrochemischen und
elektrophysikalischen Effekten vermittelt.
Prof. Dr. Hans Wicht, der ehemalige Studiendirektor an der Arbeiter-und-Bauern-
Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena sowie spätere Direktor der Arbeiter-und-
Bauern-Fakultät der Hochschule für Maschinenbau Karl-Marx-Stadt und nachfolgend
Prorektor für Studienangelegenheiten der Technischen Hochschule Karl-Marx-Stadt,
beschäftigte sich auch an dieser 1836 als Königliche Gewerbeschule Chemnitz
begründeten Bildungseinrichtung frühzeitig mit den Problemen einer effektiven
Metallbearbeitung insbesondere für den Maschinenbau.
Durch die zunehmende industrielle Nutzung von schwer bearbeitbaren Werkstoffen mit
(zum Teil) komplizierten Werkstückformen traten in der Metallbearbeitung bei den
konventionellen Fertigungsverfahren Bearbeitungsgrenzen auf. Zur Lösung dieser
Bearbeitungsprobleme wurde die damalige Technische Hochschule Karl-Marx-Stadt
immer mehr forschungsseitig (auch von den Industriepartnern) mit einbezogen.
Hierbei hat Prof. Dr. Hans Wicht unter hohem persönlichem Einsatz als Angehöriger
dieser Technischen Hochschule bei der Entwicklung der ersten in Ostdeutschland
gebauten und industriell genutzten ECM-Anlage zum elektrochemischen Senken (EC-
Senken) im VEB Armaturenkombinat Magdeburg Pionierarbeit geleistet.
In vorbildlicher, von ihm geführter Hochschul-Industrie-Partnerschaft wurden die
Schwierigkeiten, die ein innovatives Verfahren meist mit sich bringt, bei der Einführung
dieses Fertigungsverfahrens überwunden und viele Einsatzgebiete erschlossen.
Von ihm wurden gemeinsam mit Praktikern der Metallbearbeitung, aber auch unter
Einbindung von Studenten, Praktikanten, Diplomanden wie auch Doktoranden, sowohl
die Vorgänge der anodischen Metallauflösung und auch das schwierige Gebiet der
Hydrodynamik untersucht, das bei der Strömung der Elektrolytlösung durch den
Arbeitsspalt zwischen Werkstück (Anode) und Werkzeug (Katode) von großer
Bedeutung ist, für die Gestaltung von Elektroden beim Elysier-Senken und Entgraten
für die praktische Anwendung aufbereitet.
Die von Prof. Wicht gesammelten Erfahrungen und gewonnenen Erkenntnisse flossen
zuerst zu einer 1971 an der Technischen Hochschule Karl-Marx-Stadt verteidigten
Dissertation zur Promotion A über Experimentelle Untersuchungen von Elysierkatoden
- 11 -
unter Berücksichtigung der hydrodynamischen Strömungen, und Übertragung der
Untersuchungsergebnisse auf Bearbeitungsprobleme der metallverarbeitenden Industrie
[6] sowie einer 1980 an der Technischen Hochschule Otto von Guericke verteidigten
Dissertation zur Promotion B zum Thema Beitrag zum elektrochemischen und
elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen Schneiden [7] zusammen. In der
Habilitationsschrift ist nicht nur auch die Vielfalt seiner entwickelten, anwendbaren
Kombination von Abtragseffekten in der Metallbearbeitung zusammengestellt, sondern
es sind auch diese Verfahren von ihm darin für die Nachnutzung aufbereitet.
Die mit der wissenschaftlichen Werkstoffentwicklung einhergehenden sich
verbessernden Werkstoffkennwerte bezüglich der Härte und Festigkeit ließen die
Bearbeitungsgrenzen für die spanenden Metallbearbeitungsverfahren immer deutlicher
werden. Die Forderung nach neuen Wirkprinzipen in der Fertigungstechnik wurde
immer zwingender.
So orientierte Professor Wicht bereits zu Beginn der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts auf
die Entwicklung und Anwendung des kombinierten Metallabtrages, da die für die
Metallbearbeitung erforderliche Produktivitätssteigerung weder bei der ECM noch bei
der EDM durch alleinige Verfahrensoptimierung zu erreichen ist.
Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Arbeit von Professor Wicht münden in einigen
hundert im rationellen Produktionseinsatz stehende elektrochemische und
elektrochemisch kombinierte Bearbeitungsmaschinen.
Viele Anstöße dazu hat sich Prof. Dr. Wicht aus der Arbeit international anerkannter
deutscher Wissenschaftler und Spezialisten wie auch ausländischer ausgewiesener
Akademiker und Experten geholt, von denen er beispielsweise nur einige grundlegende
Parts der Theorie anodenmechanischer Bearbeitungsverfahren übernahm, diese
fundamental wissenschaftlich ausbaute und mittels der moderneren Philosophie diese
elektrotechnologische Technologie zu den Verfahrenskombinationen ,,Elektrochemisch-
Elektrothermisch-Mechanischer Metallabtrag [ECETMM]" wie auch "Elektroerosiv-
Elektrothermisch-Mechanischer Metallabtrag [EEETMM]" weiterentwickelte.
Durch die Entwicklung und Anwendung der von ihm gleichermaßen geschaffenen
Lösungsvarianten, wie das ECETM Bürsten, ECETM Schneiden, ECETM Bohren,
ECETM Polieren, ECETM Schleifen wie auch das EEETM Bürsten, EEETM
Schneiden, EEETM Bohren, EEETM Schleifen, konnte bei der Materialbearbeitung ein
beachtlicher unternehmerischer Nutzen erzielt werden. Beispielsweise lassen sich mit
dem unter seiner Federführung geschaffenen elektrochemisch-elektrothermisch-
mechanischen Abtragen stromleitender Werkstücke gegenüber dem herkömmlichen
Schleifen deutlich höhere Metallabtragsraten erzielen [8].
Diese Ergebnisse werden dadurch erzielt, daß beim ECETM-Abtragen nach Wicht auf
die Metallabtragsrate mehrere Wirkungen gleichzeitig, paarweise oder nacheinander
einwirken, z. B. die elektrothermische, die chemische, z. T. die elektrochemische, die
mechanische.
Eine besonders hervorzuhebende Eigenschaft von der Wissenschaftlerpersönlichkeit,
Herrn Professor Doktor Hans Wicht, ist die beständige Aufgeschlossenheit gegenüber
- 12 -
allen Entwicklungsproblemen, die sowohl primär wie auch sekundär mit der
Elektrotechnologie in Theorie und Praxis in Verbindung stehen.
So ist aus den von ihm für die Entwicklung der beiden Klassen der Elektrotechnologien
ECM- und EC-Kombinationsverfahren erbrachten Leistungen die Gemeinschaftsarbeit,
ausgehende vom Neuererwesen bis hin zu den Patentanmeldungen mit Arbeitern,
Meistern, Technologen, Ingenieuren, Studenten, Praktikanten, Diplomanden,
Doktoranden sowie Wissenschaftlern an und außerhalb der Technischen Hochschule,
deutlich nachvollziehbar.
Diese auch international anerkannten Ergebnisse sind in rund 120 Veröffentlichungen
(davon 55 Patentanmeldungen, 33 Fachartikeln, 16 Überführungsberichten, und 15
Forschungsberichten) wieder zu finden. Desgleichen konnten durch ihn in zahlreichen
Betrieben der Metallbe- und -verarbeitung Ostdeutschlands, unter seiner Führung wie
auch seinem Consulting, entsprechend der Anwendungsnotwendigkeit, verschiedene
Verfahren der Elysiertechnik und der EC-Kombinationsverfahren eingeführt werden.
Im Ergebnis seiner rastlosen Bemühungen um die Verfahren der elektrochemischen
Metallbearbeitung wie auch um die der elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen
Kombinationsverfahren arbeiteten Ende der achtziger Jahre des 20. Jahrhunderts in
mehr als 600 Betrieben im Gebiet der jetzigen neuen Bundesländer mit der speziellen in
die Praxis überführte Verfahrensvarianten der Elysiertechnik.
Sein Expertenwissen ist gleichfalls mit in das von Herrn Professor Dr. sc. techn. Werner
Degner, Technische Hochschule Karl-Marx-Stadt, und den Herrn Dr. rer. nat. Klaus
Nestler, Dr.-Ing. Wolfgang Piersig, Dr. rer. nat. Ekkehard Rößner und Dr.-Ing. W.
Wetzel (zum damaligen Zeitpunkt alle THK) im VEB Verlag Technik, Berlin, 1984
herausgegebene Handbuch der Reihe Betriebspraxis Elektrochemische
Metallbearbeitung [10] mit eingeflossen. Seine wissenschaftlichen Ergebnisse bildeten
auch eine wissenschaftliche Basis sowohl für das von Herren Professoren Harry Conrad,
Technische Universität Dresden, und Reinhold Krampitz, Technische Hochschule ,,Otto
von Guericke" Magdeburg, ebenfalls in diesem Verlag 1983 veröffentlichte Fachbuch
Elektrotechnologie [11] als auch das von Herrn Professor Dr. Degner bereits 1979 im
schon genannten Berliner Verlag publizierte Buch Feinbearbeitung [12]. Außerdem
verfasste er ein Lehrbuch für Arbeiter der Aluminiumproduktion mit dem Titel
Aluminium [17].
Besondere Wertschätzung verdient die von Professor Dr. Hans Wicht ausgehende
Integration in der Zusammenarbeit verschiedener Hochschuleinrichtungen, wie der
Technischen Universität Otto von Guericke Magdeburg, Technische Hochschule
Ilmenau, Ingenieurhochschule Mittweida und anderen mit der Technischen Universität
Karl-Marx-Stadt (jetzt TU Chemnitz), insbesondere ihren wissenschaftlichen Zentren
der Elektrotechnologien im Hochschulbereich des Gebietes der jetzigen neuen
Bundesländern.
Kennzeichnend für ihn ist auch, daß in praktisch allen Betrieben und
Forschungseinrichtungen, die sich mit Methoden der elektrochemischen
Metallbearbeitung beschäftigen, Mitarbeiter zu finden sind, die von ihm ausgebildet
oder beraten wurden. Und mit unermüdlichem persönlichem Einsatz sorgte er im
- 13 -
Rahmen seiner Tätigkeit in der Kammer der Technik als Leiter der KdT-Gruppe
,,Abtragen" für eine fachgerechte Bildung und Weiterbildung der Ingenieure. Aus dieser
intensiven Betreuungstätigkeit entstanden viele externe Qualifizierungen von
Industriekräften an der Technischen Universität Karl-Marx-Stadt. Und als
Hochschullehrer betreute er außerdem viele Promovenden, Forschungsstudenten,
Diplomanden, Praktikanten sowie Studenten des In- und Auslandes bei ihrer
wissenschaftlichen Arbeit.
Als Initiator der Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet der Ausnutzung der
Rationalisierungseffekte nichtkonventioneller Metallbearbeitungsverfahren erhielt er
wohl mit der im Jahre 1983 erfolgten Berufung zum außerordentlichen Professor für das
Fachgebiet Werkstoffwissenschaft (Werkstoffbearbeitung und veredlung) die größte
Wertschätzung.
Prof. Dr. Wicht, der in fast drei Jahrzehnten maßgeblichen Anteil an der in der
Fertigungstechnik der damaligen Ostdeutschen Länder auch immer spürbarer werden
Einflussnahme der Elektrotechnologien hat, kann zuerkannt werden, in diesem Gebiet
der Begründer der Elysiertechnik (ECM) und Initiator der breiten Palette der EC-
Kombinationsverfahren (EC-KV) gewesen zu sein.
In Anerkennung dieser ausgedehnten Leistungen, aber auch für die bedeutungsvollen
Verdienste bei der Entwicklung der Hochschule für den Maschinenbau zur Technischen
Universität Karl-Marx-Stadt durch kreatives Mitgestalten des Ausbildung-, Erziehungs-
und Forschungsprozesses wurde ihm durch den Rektor der Universität, Herrn Prof. Dr.-
Ing. habil. Manfred Krauss, anlässlich des 150 jährigen Bestehens der
Ingenieurausbildung in Chemnitz/Karl-Marx-Stadt am 15. November 1986 der ,,Eduard-
Theodor-Böttcher-Preis" verliehen.
Gewürdigt wurde der Jubilar auch anlässlich seiner Verabschiedung in den Ruhestand
vom Direktor der Sektion Chemie und Werkstofftechnik an seiner Technischen
Universität, Herrn Prof. Dr. sc. nat. G. Leonhardt, indem er formulierte sinngemäß: Es
gehört zu den hervorzuhebenden Eigenschaften von Herrn Prof. Dr. rer. nat. sc. techn.
Hans Wicht, betriebswirtschaftlich bedeutende Fragestellungen aufzugreifen und zu
versuchen, konkrete Beiträge zur Problemlösung mit eigenen Möglichkeiten und durch
Mobilisierung anderer Arbeitsteams zu liefern. Folgerichtig befasste er sich sowohl in
den letzten Jahren vor seiner Emeritierung wie auch noch einige Jahre danach in der
freien Wirtschaft verstärkt mit den spezifischen Aufgaben der Abproduktverwertung
und der Umweltchemie.
Was die Forscherpersönlichkeit Herrn Prof. Dr. Wicht und ihn als Inventor heutzutage
noch auszeichnet, ist, daß er in seinem hohen Alter, noch immer mit hoher Vitalität eine
Forschungsgruppe leitet, die sich zum Ziel gestellt hat, auf der Grundlage der
theoretischen und experimentellen Ergebnisse einen Antrieb (Motor) zu entwickeln, der
robust, einfach, wartungsarm und ohne die herkömmlichen Rohstoffe funktioniert und
an jedem Ort aufgestellt und betrieben werden kann, ohne die engere und weitergehende
Umwelt negativ zu beeinflussen.
Auf den Punkt gebracht, sehr geschätzt waren stets und sind immer noch der durch sein
auf reichhaltigen Erfahrungen beruhender Rat bei Akademikern und Praktikern.
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Thesen
von
Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht
zur
elektrochemischen Metallbearbeitung (ECM)
und zu den
elektrotechnologischen Kombinationsverfahren (EC-KV).
Zusammenstellung von Dr.-Ing. Wolfgang Piersig
Tei I
Stand 1971
Die elektrochemische Metallbearbeitung hat sich in relativ kurzer Zeit weltweit zum
festen Bestandteil der Bearbeitungsverfahren in der metallbe- und verarbeitenden
Industrie entwickelt. Dabei haben sich diese unkonventionellen Verfahren der
elektotechnologischen Abtrenntechnik, insbesondere der elektrochemischen (EC-)
Bearbeitung, in der Materialbearbeitung und ihrer spezifischen Formgebung mehr und
mehr bewährt.
Diese Entwicklung wurde vor allem durch die stürmische Werkstoffentwicklung,
ganz besonders in Richtung hochfester. Hochlegierter und harter Werkstoffe (speziell
für den Flugzeug-, Kernreaktor- und Raketenbau) vorangetrieben,
Im Hinblick auf die Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten sowie höherer Maß-
und Formtreue bei der Bearbeitung komplizierter Werkstücke durch Elysieren sind
die hydrodynamischen Aspekte beim konstruktiven Gestalten von Elysierkatoden als
Voraussetzung zur Lösung der genannten Probleme von großer Bedeutung.
Die Festigung der bereits in der Metallbearbeitung, insbesondere im Werkzeugbau,
eingeführten Elysierverfahren, die Übertragung auch auf andere Bearbeitungsprobleme
in der metallbe- und verarbeitenden Industrie erfordern eine zielgerichtete innovative
Weiterentwicklung der elektrochemischen Metallbearbeitung.
In dem Maße, wie es gelingt, die Maß- und Formgenauigkeit weiter zu verbessern, den
Kaufpreis der Maschinen bzw. Bearbeitungszentren herabzusetzen und die Anlagen
insgesamt zu vereinfachen, wird sich die Elysiertechnik nicht nur auf weitere Gebiete
der Metallbearbeitung ausbreiten.
- 15
Eines der wichtigsten Probleme der Elysiertechnik ist, daß eine Elektrolytlösung
strömungsfrei- und terrassenfrei und unter Vermeidung von Totwassergebieten
den Arbeitsspalt durchströmen muß. Außerdem sollte durch die konstruktive
Gestaltung von Werkzeugkatoden versucht werden. Die Vorschubgeschwindigkeit
auch bei boden- und querschnittsgestuften Wirkflächen unter Beibehaltung der
eingestellten Parameter konstant zu halten.
Eine für das jeweilige Bearbeitungsproblem gereinigte Elektrolytlösung bildet eine
Voraussetzung für das Strömungsverhalten der Elektrolytlösung im Arbeitsspalt.
Diese bisher wenig beachtete Forderung führte bei zu hoher Verschmutzung der
Elektrolytlösung zu den so genannten Eckenkurzschlüssen.
Die Einhaltung der für den jeweiligen Elysiervorgang erforderlichen
Reinigungsqualität der Lösung trägt zwar zur Minderung des Kurzschlussproblems bei,
löst es aber nicht vollkommen.
Es ist bekannt, daß die Mehrzahl der Kurzschlussfälle im Arbeitsspalt durch eine
ungleichmäßige Verteilung der Elektrolytlösung zustande kommt.
Besonders verantwortlich dafür sind die durch Umlenkkanten und Erweiterungen des
Querschnitts entstehenden Strömungstiefen, die in ihrer Häufigkeit und ihren
Ausmaßen durch eine ungünstige Anordnung von Elektrolytschlitzen und
Strömungskanälen unterstützt werden.
Das hydrodynamische Verhalten einer Elektrolytlösung wird nicht durch eine optimale
Anordnung von Strömungsschlitzen und Kanälen bestimmt. Eine optimal mögliche,
gleichmäßige Verteilung einer Elektrolytlösung im Arbeitsspalt wird bereits vor
Eintritt der Lösung in den Arbeitsspalt vorbereitet. Durch spezielle
Lenkungseinrichtungen, Vorverteilersystem und andere konstruktive Varianten ist die
Elektrolytlösung auf den Eintritt in den Bearbeitungsspalt im Sinne einer optimalen
Verteilung in den Arbeitsspalt zu beeinflussen.
Die hydrodynamischen Aspekte beim konstruktiven Gestalten von Elysierkatoden und
Vorrichtungen sind im Zusammenhang mit anderen technischen Gesichtspunkten, die
sich entscheidend auf die Maß- und Formgenauigkeit, speziell bei Schmiedegravuren,
auswirken können, zu sehen, denn eine weitere Erhöhung stellt an alle Einflussgrößen
weitere höhere Anforderungen. Die konstruktive Gestaltung von Elysierkatoden unter
Berücksichtigung hydrodynamischer Aspekte wirkt sich dann nicht nur auf höhere
Form- und Maßtreue sowie Wirtschaftlichkeit elysiergesenkter Formen aus, sondern
erweitert außerdem auch noch die Anwendungsmöglichkeiten der Elysiertechnik und
führt schließlich daneben auch noch zu neuen Verfahrensvarianten der ECM.
Bei der konstruktiven Gestaltung von Werkzeugsystemen hat die Grundvoraussetzung
zu gelten, diese ist ausgehend von theoretischen, allgemein gültigen Prinzipien sowie
verschiedenartigen Aspekten der hydrodynamischen Strömung von Elektrolytlösungen
und unter Berücksichtigung der experimentellen Untersuchungsergebnisse für die
konstruktive Gestaltung von Werkzeugsystemen zum Elysieren von Raumformen,
Durchbrüchen und Bohrungen unter Berücksichtigung vorzunehmen.
- 16
Jede Elysierkatode, gleich zu welchem Zweck diese verwendet werden soll, muß in
ihrem konstruktiven Aufbau berücksichtigen, daß das Strömungsverhalten einer
Elektrolytlösung im jeweiligen Wirkspalt bereits vor dem Einströmen in diesen
beeinflusst wird. Woraus folgt, daß nicht mehr von einer Katode schlechthin, sondern
unter Berücksichtigung der hydrodynamischen Strömung von einem Werkzeugsystem
gesprochen werden muß.
Aus wirtschaftlichen und verfahrenstechnischen Gesichtspunkten muß diese
Werkzeugsystem im Sinne eines störungsfreien Elysierverlaufes eine montierbare
Vielzweckeinrichtung mit hoher Fertigungspräzision, unter Berücksichtigung der
hydrodynamischen Strömung, einer langen Lebensdauer und ausgezeichnetem
Stromübergang sein.
Die Entwicklung von Werkzeugsystemen auf der Grundlage der hydrodynamischen
Strömung ist so zu konzipieren, daß diese an einem Werkzeugträger austauschbar bzw.
umschaltbar angebracht sind und dadurch möglichst viele und unterschiedliche
Bearbeitungsprobleme unter der Verwendung optimaler Elektrolytlösungen gelöst
Werden können.
Die konstruktive Gestaltung von Werkzeugsystemen auf der Grundlage der
hydrodynamischen Strömung muß folgerichtig zur Erweiterung der
Anwendungsmöglichkeiten führen und sollte aus wirtschaftlichen Gründen auf die
bereits bestehenden und in der Praxis eingesetzten Elysieranlagen Rücksicht nehmen.
Die Elektrolytkanäle bzw. Kanalsysteme in Werkzeugsystemen zum Elysieren von
Raumformen, Durchbrüchen und Bohrungen müssen so angeordnet sein, daß die in den
Arbeitsspalt einströmende Elektrolytlösung an allen Stellen des Einströmbereiches
senkrecht auf die Werkstückoberfläche auftrifft, den Arbeitsspalt auf dem kürzesten
Wege durchströmt und ohne Bildung von Strömungsriefen und Terrassen diesen
verlässt.
Jedes Werkzeugsystem besitzt nur eine zentrale Zuführung für die strömende
Elektrolytlösung. Der minimale Durchmesser dieses zentralen Strömungskanals richtet
sich nach dem Gesamtquerschnitt des Elektrolytkanals bzw. Kanalsystems.
Damit kontinuierlich und in ausreichendem Maße Elektrolytlösung über die gesamte
Schlitzbreite senkrecht zur Bearbeitungsfläche durch den Elektrolytkanal bzw. das
Kanalsystem strömen kann, sollte der Durchmesser des zentralen Strömungskanals
größer als der Gesamtquerschnitt des Elektrolytkanals bzw. des Kanalsystems sein.
Die Wahl und Anordnung eines Strömungskanals bzw. Kanalsystems auf der
Stirnfläche einer Elysierkatode eines Werkzeugsystems richtet sich nach der Form und
dem Verwendungszweck des zu elysierenden Werkstückes.
Katoden eines Werkzeugsystems zum Elysieren von Raumformen aller Gestalt und
Abmessungen müssen hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Strömungskanals
bzw. Kanalsystems besonders sorgfältig behandelt werden.
Die Anordnung, Form und Abmessung eines Strömungskanals bzw. Kanalsystems
sowie seine Lage und Beschaffenheit bestimmen in erster Linie die Maß- und
- 17
Formgenauigkeit und haben Einfluss auf die Oberflächenqualität des elysierten
Werkstückes.
Deshalb sind alle Teilströmungskanäle Bohrung/Bohrung, Schlitz/Schlitz,
Bohrung/Schlitz, Bohrung/Schlitz/Bohrung usw. miteinander so zu verbinden, daß
diese ein Kanalsystem bilden. Außerdem ist größte Aufmerksamkeit der Gestaltung
des Kanalsystems im Inneren der Katode des Werkzeugsystems zu widmen. Ferner
muß die Elektrolytlösung unter gleichen Bedingungen an allen Stellen des
Kanalsystems senkrecht zur Bearbeitungsfläche einströmen.
Diese Forderung kann aber nur verwirklicht werden, wenn die Elektrolytlösung, bevor
diese in das Kanalsystem strömt, aus einer zum Werkzeugsystem gehörenden Kammer
für sie diesem zugeführt wird.
Elysierkatoden eines Werkzeugsystems zum Elysieren von Durchbrüchen aller Formen
und Abmessungen sowie Durchgangsbohrungen sollten nur einen Strömungskanal
haben. Dabei richten sich Größe und Form des Strömungskanals nach der Größe und
Form des zu elysierenden Durchbruches. Es ist anzustreben, daß die
Katodenwirkfläche so klein wie möglich unter Berücksichtigung der Druckverhältnisse
gehalten wird. Zur gezielten Verteilung der Elektrolytlösung ist es zweckmäßig, den
Strömungskanal in seiner Form am Eingang der Katode des Werkzeugsystems der zu
elysierenden Form anzupassen.
Katoden eines Werkzeugsystems zum Elysieren von Sacklöchern aller Formen und
Abmessungen sollten konstruktiv so gestaltet sein, daß der durch das Stegentfernen
entstehende technische als auch zeitliche Aufwand gering wird.
Diese Forderung kann nur dann erfüllt werden, wenn die Stege ohne nennenswerten
Radius in die Werkstückoberfläche übergehen und eine geringe Höhe haben.
Außer der konstruktiven Gestaltung des Strömungskanals wirken sich hauptsächlich
Spannung, Vorschubgeschwindigkeit, Elektrolytzusammensetzung und Werkstoff auf
die Form und die Abmessungen des Steges aus. Anstelle der bisher üblichen runden
und im Zentrum der Katode des Werkzeugsystems angeordneten Bohrung sollte der
schmale, bis an die Wirkflächenkante reichende Elektrolytschlitz treten.
Besondere Beachtung sollte der Gestaltung des Kanalsystems in den Randgebieten der
Katodenwirkfläche geschenkt werden, denn der Elektrolytlösungsschlitz darf nicht
über die Kante der Katodenwirkfläche gezogen werden und sollte, ausgehend von der
Elektrolytlösungskammer, senkrecht in Richtung der Katodenwirkfläche verlaufen.
Von gleicher Bedeutung ist die geometrische Anordnung des Kanalsystems auf der
Katodenstirnfläche. Grundsätzlich sollte beachtet werden, daß das Kanalsystem im
Zentrum der Wirkfläche angebracht und der Form der Katodenfläche angepasst wird.
Bei querschnitts- und bodengestuften Stirnflächen sowie strömungsriefen- und
terrassenfreien Flächen sind ohne Unterstützungshilfen zum Steuern, Regeln und
Verteilen der strömenden Elektrolytlösung Elysierarbeiten mit hohen Maß- und
Formgenauigkeiten sowie guten Oberflächenqualitäten nicht möglich.
Bei einer querschnittsgestuften Katodenstirnfläche sollte das Kanalsystem so
angeordnet sein, daß die Schlitze und Strömungskanäle die Forderung nach einer
- 18 -
gleichmäßigen Versorgung der gesamten Wirkfläche erfüllen.
Die Anordnung und Lage des Kanalsystems unter Berücksichtigung dieser Forderung
kann aber nur bei montierbaren Werkzeugsystemen erfüllt werden.
Bei einer bodengestuften Katodenstirnfläche tritt der Umstand auf, daß der gestufte
Teil später die Elysierspaltbreite erreicht. Die Elektrolytlösung würde so lange frei aus
diesem Bereich strömen. Dadurch kann der bereits auf Elysierspaltbreite befindliche
Teil nur ungenügend mit der Elektrolytlösung versorgt werden.
Ohne Unterstützungshilfen können solche Raumformen nur mit erheblichen Maß- und
Formabweichungen elysiert werden. Es ist deshalb erforderlich, daß die Teile des
Kanalsystems des gestuften Teils der Katodenwirkfläche so lange verschlossen
werden, bis diese die Elysierspaltbreite erreicht haben.
Bei sperrigen Katoden, die in ihren Abmessungen in Länge und Breite extrem
verschieden sind, sollte die Elektrolytlösung vor dem Einströmen in den Arbeitsspalt
durch die Leiteinrichtung vorverteilt werden. Eine solche Maßnahme macht sich
besonders dann erforderlich, wenn der Elektrolytlösungsstrahl in Verlängerung des
zentralen Strömungskanals auf die Werkstückoberfläche auftritt und sich nicht vorher
über die gesamte Kanalsystembreite verteilen kann.
Der Verschmutzungsgrad der Elektrolytlösung muß um so kleiner sein, je
komplizierter die zu elysierende Raumform ist. Diese Forderung trifft besonders bei
Raumformen mit kleinsten Form- und Maßtoleranzen zu.
Durch geeignete Filter müssen diese Fremdkörper kurz vor dem Eintritt in den
Wirkspalt abgefangen werden. Je kürzer der Weg vom Filter bis zum Einströmen der
Elektrolytlösung in den Wirkspalt ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß
keine Fremdkörper aus den Rohrleitungen bzw. dem Werkzeugsystem von der
strömenden Elektrolytlösung mitgerissen werden.
Einige Bilder, Schemata, Prinzipskizzen und Anwendungsbeispiele zur ECM -
elektrochemischen Metallbearbeitung aus Veröffentlichungen und der privaten
Bildersammlung von Prof. Dr. Wicht sind ab der Seite 31 bis Seite 34 und ab Seite 79
in
dieses Werk eingeordnet.
-19 -
Thesen
von
Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht
zur
elektrochemischen Metallbearbeitung (ECM)
und zu den
elektrotechnologischen Kombinationsverfahren (EC-KV).
Zusammenstellung von Dr.-Ing. Wolfgang Piersig
Tei II
Stand 1980
Die elektrochemische Metallbearbeitung hat sich in relativ kurzer Zeit zu einem
vollwertigen Bearbeitungsverfahren entwickelt und wird zur Lösung
volkswirtschaftlich bedeutsamer Bearbeitungsverfahren eingesetzt. Besonders bewährt
haben sich das elektrochemische Senken, Entgraten, Kalibrieren und Polieren.
Zur Realisierung dieser Bearbeitungsaufgaben entstehen in zunehmendem Maße
Sondermaschinen mit ausgeprägten Merkmalen der mechanisierten oder
automatisierten Fertigung. In zirka 100 Betrieben der metallverarbeitenden Industrie
der DDR trägt die elektrochemische Metallbearbeitung zur Erhöhung der
Arbeitsproduktivität, Verbesserung der Arbeits- und Lebensbedingungen, Qualität der
Erzeugnisse und der Reduzierung körperlich schwerer Arbeit bei.
Das Tempo dieser Entwicklung und die Modifizierung der elektrochemischen
Verfahren bis hin zu serienreifen Anlagen wird weitgehend vom Vorhandensein hoch
qualifizierter Fachkader bestimmt. So haben sich in nahezu allen Industriestaaten
Spezialisten auf den Gebieten der Grundlagenforschung, Verfahrensentwicklung und
Konstruktion von Maschinen und Anlagen herausgebildet. Aus den Literatur- und
Patentrecherchen wird deutlich, daß sich dieser Kaderbestand auffällig schnell
vergrößert.
Auch die DDR verfügt über gut ausgebildete Fachleute auf den genannten
Spezialgebieten, die einen großen Erfahrungsschatz besitzen.
Wie bei allen neuen Verfahren, die naturgemäß mit mehr oder weniger Mängeln
in die industrielle Praxis überführt werden, bilden sich erst nach einer längeren
Praxiserprobung gesicherte Vor- und Nachteile heraus. So steht heute fest, daß die
Vorteile der elektrochemischen Metallbearbeitung in der Universalität des Verfahrens
und deren Varianten, der Bearbeitbarkeit aller stromleitenden Werkstoffe unabhängig
- 20 -
von ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften, der relativ hohen
Metallabtragsraten, der Mechanisier- und Automatisierbarkeit der Prozesse und der
Verbesserung der Arbeits- und Lebensbedingungen begründet liegen.
Obwohl diese Vorteile nicht allen EC-Verfahren gleich stark ausgeprägt sind, wirken
sie verbunden mit der Dringlichkeit einer effektiveren Fertigung schwer zu
bearbeitender Werkstücke als Triebkraft für die schnelle Einführung der
ECM-Technik.
Immer klarer werden aber auch die Nachteile des elektrochemischen Metallabtrags
sichtbar und führen auf einigen Arbeitsgebieten zur Einschränkung der Anwendung
und zur Verzögerung ihrer weiteren Verbreitung.
So sind es vor allem der zur konventionellen Technik relativ hohe Stromverbrauch, die
mit der Verfahrensentwicklung gewachsenen Anlagenkosten, die noch nicht zufrieden
stellende Maß- und Formgenauigkeit, die Eigenschaftsänderungen elysierter
Werkstoffoberflächen bezüglich ihrer Oberflächenverfestigung und schließlich die im
gegenwärtigen Zeitpunkt sehr ernst zu nehmende Umweltverschmutzung durch die
Reaktionsschlämme.
Aus dem Stand der Technik zeichnen sich folgende Entwicklungstendenzen ab:
Die in nahezu allen ECM-Anwenderländern erzielten hohen Steigerungsraten der
Arbeitsproduktivität durch das EC-Entgraten und EC-Polieren lassen eine wesentliche
Erweiterung dieser Verfahren auf ähnliche Bearbeitungsfälle und einer Erschließung
neuer Einsatzgebiet erwarten. In diesem Zusammenhang ist der Trend nach einer
Kopplung mit konventionellen Bearbeitungstechnologien erkennbar.
Die besonders beim EC-Senken auftretenden Mängel bilden den Anstoß zu einem
differenzierten und zweckentsprechenden Einsatz des elektrochemischen
Metallabtrags. Von dieser Zielstellung geht auch die Grundlagenforschung aus und
werden die Entwicklungsarbeiten vorangetrieben. Einerseits gibt es Aktivitäten zur
Weiterentwicklung der EC-Senkanlagen mit dem Ziel, die Maß- und Formgenauigkeit
spürbar zu verbessern ungeachtet der genannten Nachteile und ihrer dadurch
möglichen Summierung. Andererseits gebieten volkswirtschaftliche Gesichtspunkte
nicht nur einen Stopp der an Umfang und Kompliziertheit sich vergrößernden Anlagen,
sondern eine dem Zweck entsprechende Vereinfachung.
Beide Varianten rücken gleichbedeutend in den Blickpunkt der Weiterentwicklung und
Tragen selbst zur Regulierung ihres zweckmäßigsten Einsatzes bei.
Werden im ersten Fall die Nachteile des Verfahrens eher noch vergrößert, so zwingen
sie doch die Anwender zur gemeinsamen Nutzen, um die Vorteile noch besser zur
Wirkung zu bringen.
Die zweite Variante eröffnet der metallverarbeitenden Industrie durch Reduzierung der
Genannten Verfahrensmängel eine weitere Verbreitung der elektrochemischen
Metallbearbeitung und kommt dem Bestreben nach einer Kombination mit anderen
Verfahren entgegen.
Schneller als die elektrochemische Verfahrenstechnik und ihre Durchsetzung in der
Praxis haben sich die Verfahrenskombinationen und ihrer Praxiswirksamkeit
entwickelt. So sind es vor allem die im Vergleich zur EC-Technik höheren
Stromausbeuten, breite Regulierbarkeit der Abtragprozesse auf einer
Maschinenausstattung, höhere Produktivität und die weniger komplizierte
Maschinenkonstruktion verbunden mit ihrer einfachen Kinematik.
- 21 -
Durch das gleichzeitige, paarweise oder nachgestellte Wirken elektrochemischer,
elektrischer, mechanischer und chemischer Abtragmechanismen bieten sich der
Metallbearbeitung breite Regulierungsmöglichkeiten, die von der Fein- bis zur
Grobbearbeitung reichen und nahezu alle Bearbeitungstechnologien umfassen.
Das Interesse der metallverarbeitenden Industrie für diese kombinierten Verfahren
liegt in der besseren Befriedigung ihrer Bedürfnisse verbunden mit den genannten
Vorteilen begründet. Deshalb zeichnen sich immer klarer Verfahrensvarianten ab, die
auf der Grundlage des kombinierten Metallabtrags beruhen.
Das kombinierte Schleifen, Entgraten, Senken, Honen, Schneiden und Drehen haben
sich in zahlreichen Varianten in der Praxis bereits bewährt.
Die Verfahrenskombination ´Anodenmechanische Metallbearbeitung´ beginnt sich in
der Variante anodenmechanisches Schneiden mittels Band oder Scheibe zu einem
flexiblen und leistungsstarken Bearbeitungsverfahren zu entwickeln.
Die beim elektrochemischen Metallabtrag eintretenden Eigenschaftsänderungen
besonders in den Mikrobezirken der Werkstoffoberfläche treten auch bei der
anodenmechanischen Metallbearbeitung auf.
Je nach der Wahl der Verfahrensparameter können sie gedämpft oder stark
hervorgehoben werden. Eine besonders effektive Technologie ergibt sich dann, wenn
z. B. die ganze Breite der Regulierungsmöglichkeiten des Verfahrens genutzt wird.
Die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler anderer Disziplinen, wie zum Beispiel der
Physik, Elektrotechnik, Oberflächenschutztechnik, Schweißtechnik und der Reibung
und des Verschleißes richtet sich zunehmend auf die durch den elektrochemischen
Metallabtrag entstandenen Eigenschaftsänderungen in den Oberflächenmikrobezirken.
Hier zeichnet sich die Verwertbarkeit der Elysiertechnik in einer ganz anderen
Richtung ab. Gelten die bereits genannten Mängel als Nachteile der elektrochemischen
Verfahren, so können sie für andere wissenschaftliche und technische Aufgaben eine
neue Ausgangssituation zur Lösung von Diffusionsvorgängen, der Herabsetzung der
Reibung und des Verschleißes und der Herstellung von besonders stabilen
Schweißverbindungen schaffen.
Ausgehend vom Erkenntnisstand und den bei der Weiter- und Neuentwicklung von
elektrotechnologischen Verfahren zu beachtenden Kriterien, unternahm Prof. Dr. Wicht
vielfältige experimentelle praxisnahe Versuchsreihen, mit dem Ziel, die
Untersuchungsergebnisse des elektrochemischen und anodenmechanischen Trennens
stromleitender Werkstücke mit einer rotierenden Metallscheibe, unter besonderer
Beachtung werkstoff- und energiesparender Technologien, in die Praxis zu überführen,
wobei er zu folgenden Ergebnissen aus den von ihm entwickelten theoretischen
Zusammenhängen und erzielten praktischen Resultate kam:
Die Vorschubgeschwindigkeit läßt sich mit annähernder Genauigkeit theoretisch
vorausbestimmen, wenn die strömungsdynamischen Bedingungen erfüllt sind.
Es entstehen gratfreie und für das elektrochemische Schneiden typische Schnittflächen,
die in ihrer mikrogeometrischen Gestalt der Klasse ,,fein", nach TGL 2897,
entsprechen.
- 22 -
Die Schnittflächen weisen für den Einsatz der Teile akzeptable Abweichungen zur
Rechtwinkligkeit des Querschnittes auf, d. h. sie liegen mit 0,085 mm bzw. 0,032 mm
im Toleranzfeld für eine zulässige Abweichung für Maße ohne Toleranzangabe.
Die metallographisch untersuchte Werkstückoberfläche besitzt eine für
elektrochemisch bearbeitete Werkstoffe typische Oberflächenstruktur. Diese entsteht
durch die unterschiedliche elektrochemische Auflösbarkeit der an der Oberfläche des
Werkstoffes vorliegenden Phasen.
Die in der Oberflächenstruktur mittels Auger-Spektroskopie untersuchte vorgelagerte
Schicht unterscheidet sich wesentlich vom Kerngefüge des Werkstoffes als auch von
seiner Oberflächenstruktur. Die charakteristischen Merkmale einer solchen Schicht
bestehen in der Verarmung des Eisens, Anreicherung von Kohlenstoff in Graphitform
und im Vorhandensein von Schwefel und Chlor bis in Tiefen von 1 000 Å.
Die Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Metallscheibe hat Einfluss auf die an
den Metallgrenzflächen ablaufenden elektrochemischen Reaktionen. Eine Erhöhung
der Scheibenumfangsgeschwindigkeit wirkt sich auf die Steigerung der
Vorschubgeschwindigkeit aus.
Für die Praxis zieht Professor Doktor Wicht folgendes Fazit:
Wie bei jeder elektrochemischen Anlage besteht eine EC-Tennmaschine aus drei
Hauptgruppen: Trennmaschine, Stromversorgung und elektrische Steuerung sowie
Elektrolytversorgung und reinigung.
Die Trennmaschine kann auf dem Konstruktionsprinzip einer Kreissäge, Bandsäge als
Einfachschneidmaschine oder Mehrfachschneidmaschine aufgebaut sein. Die
Anwendung richtet sich nach dem konkreten Bearbeitungsfall.
Als Stromversorgung kann ein Hochstrom-Drehstromtransformator mit Silizium-
Gleichrichterdioden verwendet werden. Die Steuerung erfolgt aus verfahrens- und
sicherheitstechnischen Gründen nach dem Kopplungsprinzip zwangsgesteuert. Für die
Gewährleistung eines automatisierten Ablaufs des Trennprozesses sind übliche Meß-
und Kontrolleinrichtungen erforderlich.
Die Elektrolytversorgung besteht aus einem Vorratsbehälter, einer Pumpe und
Absetzeinrichtung.
Bei Inbetriebsetzung der EC-Trennanlage strömt die Elektrolytlösung durch ein
beiderseitiges Rohr- und Düsensystem, unter Einhaltung der strömungsdynamischen
und strömungsmechanischen Forderungen für die Zuführung der Elektrolytlösung zur
rotierenden Scheibe und zum Wirkspalt. Die Benetzung der rotierenden Metallscheibe
mit einer strömenden Elektrolytlösung ist dabei nur möglich, wenn diese den
Staudruck der Luft überwindet. Dazu ist eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit
erforderlich.
Die mit Reaktionsprodukten verunreinigte Elektrolytlösung wird in den Absetzbehälter
gepumpt und durch Absetzen dieser Feststoffe gereinigt.
Das elektrochemische Schneiden kann überall dort eingesetzt werden, wo der
Werkstoff an seiner Grenzfläche und in seinem Gefüge durch Wärmeeinwirkung keine
Änderung erfahren darf. Das trifft insbesondere auf solche Werkstoffe wie Molybdän,
Wolfram, Nickel und auch Hartmetalle zu.
- 23 -
Besonders geeignet ist das EC-Schneiden für Werkstoffe, die mit zerspanbaren
Verfahren nicht oder nur schwer bearbeitbar sind. Das sind Chrom, hochwarmfeste
Sonderlegierungen, Hartguss, Manganstahl u. a.
Auch ist eine Verwendung beim gleichzeitigen Abschneiden mehrere Teile möglich.
Durch relativ geringe Vorschubgeschwindigkeiten bleibt dieses Verfahren allerdings
nur auf spezielle Anwendungsgebiete beschränkt.
Vor jeder Anwendung des EC-Schneidens sollte deshalb eine allseitige
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt werden, unter Berücksichtigung der
Entscheidungskriterien sowohl wirtschaftlicher Art (wie Anlagekosten, Betriebskosten,
Werkzeugkosten und Materialkosten, Bearbeitungsgeschwindigkeit, Stückzahl,
Losgröße) wie auch technologischer Art (wie Werkstückwerkstoff [einschließlich
physikalisch-mechanischer Eigenschaften], Geometrie, Werkstückgröße,
Werkstückstabilität, Oberflächenqualität, Bearbeitungsgenauigkeit,
Funktionstüchtigkeit, Nachbehandlung, Korrosionsschutz, Nachfolgearbeitsgang,
zulässige Gefügeänderung).
Kommt es zu keiner eindeutigen Entscheidungsfindung, dann sollte der Weg über den
Entscheidungsalgorithmus der technologischen Abgrenzung des Einsatzes abtragender
Schneidverfahren gewählt werden.
Jedes elektrotechnologische Verfahren wird in der Praxis nur soweit Anwendung
finden, wie es gelingt, die Stromausbeute bei gleichzeitiger Senkung des
Energieverbrauchs zu erhöhen. Die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen
zeigen, daß sich mit steigender Spannung und Stromdichte die
Vorschubgeschwindigkeit erhöht.
Eine solche Aussage ist für die Praxis zweifellos von Bedeutung, denn höhere
Bearbeitungsgeschwindigkeiten im Sinne der Steigerung der Arbeitsproduktivität sind
Permanent Aufgabe und Ziel der Forschung. Wenn allerdings diese höhere
Bearbeitungsgeschwindigkeit auf Kosten anderer Prozesse oder Nachwirkungen gehen,
muß eine zusammenhängende Bilanz des Gesamtprozesses erfolgen.
Aus den theoretischen Ableitungen ist zu entnehmen, daß mit jeder Metallabtragsrate
ein bestimmter Energiebetrag verbunden ist und dieser mit der jeweils herrschenden
Spannung und Stromdichte beschrieben werden kann.
Positive Ergebnisse wurden beim elektrochemisch-elektrothermisch-mechanischen
Schneiden u. a. von Kanülenrohren, Rohren unterschiedlicher Werkstoffe,
Kolbenringträgern, Probekörpern für Werkstoffuntersuchungen, besonders
dünnwandiger Werkstücke, Lüfterrädern erzielt.
Bei den ökonomischen Vergleichsrechnungen kommt Prof. Wicht in [7] zu folgenden
Aussagen:
Für die Berechnung der Steigerung der Arbeitsproduktivität erweist sich die
Zeitsummenmethode als zweckmäßig. Für den untersuchten Repräsentant ergibt sich
eine Steigerung um ca. 300 % bezogen auf die jeweilige Basisvariante.
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