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Inhaltsverzeichnis.

Vorwort.   2

Geschichtlicher  Überblick zur Entwicklung der Metallbearbeitung.  3

Werkstoffe  , Werkzeuge, Materialbearbeitungsverfahren bzw. -techniken vom  

Anbeginn  bis in das zwanzigste Jahrhundert unserer Zeitrechnung.  6

  Übersicht über elektrotechnologische Verfahren.  12

Thesen  zur elektrochemischen Metallbearbeitung (ECM) und zu den  

elektrotechnologischen  Kombinationsverfahren (EC-KV)  13

Darstellung  der Wirkmechanismen der EC-Kombinationsverfahren.  23

Einordnung  der elektrotechnologischen Verfahren.  23

Symbolik  der elektrotechnischen Verfahren.  24

Verfahrensdarstellungen  der elektrotechnologischen Verfahren.  25

Literatur.   28

Vita  des Autors.  30

Ver  öffentlichungen des Autors.  30

Abstract   34

Bekannterweise wird als Metallverarbeitung die Herstellung und Bearbeitung geformter Werkstücke aus Metallen nach vorgegebenen geometrischen Bestimmungsgrößen (unter Einhaltung bestimmter Toleranzen und Oberflächengüten) und deren Zusammenbau zu funktionsfähigen Erzeugnissen bezeichnet. Die Metallverarbeitung ist also ein Teilbereich der Fertigungstechnik.

Geläufig wird die Metallverarbeitung in den unterschiedlichsten Sparten von Industrie und Handwerk von der Schmuckherstellung über den Werkzeug- und Formenbau bis zum Fahrzeugbau, Maschinenbau, Schiffbau und Brückenbau betrieben. Unterscheidet wird nach spanabhebenden (Bohren, Drehen, Fräsen, Schleifen, Sägen, Gewindeschneiden, Gravieren, Stanzen, Ätzen, etc.), nicht spanabhebenden (Schmieden, Biegen, Walzen, Ziehen, Prägen, Punzieren, Treiben, Gießen, etc.) und verbindenden (Schweißen, Löten, Kleben, etc.) Verfahren der Metallverarbeitung oder nach der Art des Metalls (z. B. Schwermetall, Leichtmetall, Nichteisenmetall und Edelmetall). Auf dies geht die vorliegende Arbeit ein und vermittelt Anwendungsbeispiele von den Anfängen der Materialbearbeitung bis hin zu den modernen elektrotechnologischen Metallbearbeitungsverfahren.

- 3 - GeschichtlicherÜberblick zur Entwicklung der Metallbearbeitung.

Das absolute Alter der geschickten Werkstoffbearbeitung wird auf etwa 2 bis 2,6 Millionen Jahre geschätzt. Hingegen liegt die Geburt der meisten metallischen sowie daraus gefertigter Werkzeuge in der Zeit zwischen dem 8. und 6. Jahrtausend v. u. Z. Erster Werkstoff für Werkzeuge war der Stein, danach wurden Werkzeuge aus den Werkstoffen Bronze und Eisen gefertigt. Die Entwicklungsgeschichte, besonders die der Werkstoffbearbeitung, wird in Werkstoff bestimmende Zeitabschnitte gegliedert, wie „Steinzeit“, Bronzezeit“, „Eisenzeit“.

Die Metallbearbeitung in der Periode der Herausbildung und Entwicklung der gesellschaftlichen Produktion, d. h. von den ältesten Zeiten bis zum Ende des 4. Jahrtausends v. u. Z. und in der Periode der Entstehung und Herausbildung der Handwerksproduktion, also vom 4. Jahrtausend v. u. Z. bis zum 5. Jahrhundert u. Z. erfolgt mit sehr einfachen Geräten. Es waren unter anderem folgende Arbeitsmittel: zuerst Faustkeile, Steinhämmer und Steinsägen, später Ahlen, Nadeln, Klingen, Schaber, Keile, Meißel, Hämmer, Dorne, Bohrer, Zangen, Sägen, Gesenke aus Kupfer, Bronze, Eisen und Stahl.

Als Metallbearbeitungsverfahren und Materialverarbeitungstechniken waren unter anderem verbreitet: Schmelzen, Gießen, Schmieden, Pressen, Prägen, Gravieren, Zisilieren, Punzen, Löten, Ziehen, Versilbern, Vergolden, Rollen, Nieten, Treiben, Lochen, Stanzen, Trennen, Schleifen.

In einer Zeittafel mit dem Titel: „Werkstoffe und Werkzeuge sowie Materialbearbeitungsverfahren bzw. -techniken in der Zeit vom Anbeginn bis zum fünften Jahrhundert unserer Zeitrechnung“ wird dies an Hand einer Auswahl von Werkstoffen, Werkzeugen und Metallbearbeitungsverfahren bzw. -techniken, basierend auf dem am Ende des Artikels angegebenen Schrifttum, weiter untersetzt.

Daraus ist zu ersehen, daß die Verwendung von Metallen für Werkzeuge zunächst eine untergeordnete Bedeutung hatte. Aus der Verknüpfung von Erz bzw. Metall und Feuer konnte sich die Überlegenheit des Metallwerkzeuges durchsetzen. Die Schmiede der frühen Eisenzeit mussten trotzdem einen mühevollen Weg gehen, um zu einem einsatzfähigen Werkzeug, zum Beispiel einer Axt aus Eisen zu kommen. Ausdruck für das relativ hohe Niveau der Handwerkstechniken und der Materialbearbeitung im Altertum sind die sieben Bau- und Kunstwerke der antiken Welt, die „Sieben Weltwunder“.

Beispielgebend für das große Können der Schmiede des Altertums, besonders der im Vorderen und Mittleren Orient sowie im Fernen Osten, ist die Herstellung von Damaszener Stahl.

Von nicht geringerer Bedeutung ist die Fertigung der eisernen Säule von Delhi (Kutubsäule).

- 4 -Sie ist ein eindruckvolles Zeugnis der metallurgischen Fähigkeiten und der Schmiedekunst der Hindu. Die Gesamthöhe dieser Säule beträgt 7,3 Meter; sie hat eine Masse von 6,5 Tonnen. Ihr Durchmesser beträgt am Unterteil 416 Millimeter und verjüngt sich auf 295 Millimeter am Oberteil. Sie besteht aus 99,17 Prozent reinem Eisen; der Phosphorgehalt beträgt 0,114 Prozent und der Schwefelgehalt nur 0,006 Prozent. Dies zählt auch heute noch als metallurgische Spitzenleistung.

Während der Periode der sich entwickelnden Handwerksproduktion, die Zeit vom 5. bis 15. Jahrhundert, entwickelten sich vornehmlich die Bronze- und Eisengießerei sowie die Schmiedekunst.

Auf dem Gebiet der Werkstoffbearbeitung zeichneten sich erst nach dem 13./14. Jahrhundert Fortschritte in der Produktivität dieser Verfahren ab. So entstanden erste, mechanische Drathziehvorrichtungen, wie sie in dem von dem hervorragenden italienischen Metallurgen Vanuccio Biringuccio (1480 bis 1539?) verfassten Werk „Della pirotechnica Libri X, delle minere e metalli“ dargestellt ist, wo ein Wasserrad eine Kurbel antreibt, die bei jeder zweiten halben Umdrehung den Draht durch eine Ziehplatte zieht.

Bis zur Renaissance hatten sich die Metallbearbeitungstechniken in einer sehr großen Vielfalt entwickelt, wofür die Berufsspezialisierung der Metallbearbeitung bezeichnend ist. Einen großen Anteil an der Vervollkommnung vieler Metallbearbeitungsinstrumente hat der Renaissance-Ingenieur Leonardo da Vinci (1852 bis 1519) mit seinen Entwürfen für Bohrmaschinen, Pressen, Hammer- und Walzwerke, Schleifmaschinen, Einrichtungen zum Feilenhauen, Bohren, Zylinderbearbeiten. Eine Realisierung dieser Vorschläge erfolgte aber erst ab Mitte der Periode der Manufakturproduktion (15. bis erste Hälfte des 18. Jahrhunderts).

Über diese Verbesserungen schrieb auch schon Vannoccio Biringuccio in seiner “Pyrotechnica“ (1540) - in deutscher Übersetzung: „Die zehn Bücher von der Feuerwerkskunst, in denen ausführlich alle verschiedenen Erzarten behandelt sind sowie auch, was zu ihrer Bearbeitung gehört, ferner, was das Schmelzen, oder Gießen der Metalle anbetrifft, und alles, was dem verwandt.“ - und Georgius Agricola (1494 bis 1555) in seinem Hauptwerk „De re metallica“ (1556) - in deutscher Übersetzung: „Die zwölf Bücher vom Berg- und Hüttenwesen.“.

Die „Pirotecnica“ ist das erste der Metallurgie gewidmete Buch überhaupt. In ihr findet man auch die erste genaue Beschreibung von der Farbänderung beim Härten von Stahl. Dieses Werk widerspiegelt zusammenfassend, gleichsam enzyklopädisch, den Stand der angewandten Naturwissenschaften und der Technik seiner Zeit.

Die „De re metallica“ ist nach Bernal wahrscheinlich die beste jemals verfasste technische Abhandlung, da darin nicht nur Minerale und Metalle beschrieben, sondern auch die Praxis und Ökonomie des Bergbaus betrachtet werden.

Sowohl Agricola wie auch Biringuccio gelten als diejenigen Schriftsteller, deren Werke das Fundament der metallurgischen Wissenschaft gelegt haben.

- 5 -Und für die Periode der Herausbildung der mechanischen Produktion, d. h. die zweite Hälfte des 18. Jahrhunderts bis in die 70er Jahre des 19. Jahrhunderts, wurde durch die Nutzung der Dampfmaschine die Antriebstechnik allerorts revolutioniert, kurz gesagt: an die Stelle der „Muskelkraft“ trat die „Maschinenkraft“.

An den Maschinenbau war damit die Forderung gestellt, neue, größere und leistungsstärkere Maschinen zu bauen und von der Metallbearbeitung wurde gleichzeitig eine erhöhte Präzision gefordert.

Anfänglich (1760) lagen die Zylindertoleranzen nach der Bearbeitung bei Fingerdicke. John Wilkinson erreichte 1775 auf seinem Ausbohrwerk für eine Lichte Weite von 1270 Millimeter Toleranzen von der Dicke eines alten Schillingstückes. Hundert Jahre später gestatten zum Beispiel Whitworths (1803-1887) Meßeinrichtungen auf hundertstel bzw. tausendstel Millimeter und um 1885 sogar hunderttausendstel zu messen.

Das letzte Drittel des 19. Jahrhunderts und das erste Drittel des 20. Jahrhunderts waren gekennzeichnet durch die technische Vervollkommnung der klassischen Methoden der Werkstoffbearbeitung. Herauszustellende Leistungen der Metallbe-und

Verarbeitungstechniken nach 1850 bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts waren meist auf Weltausstellungen (erstmals 1851 in London) zu sehen. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts erfolgte im Maschinenbau zum Beispiel die Werkstoffbearbeitung ausschließlich noch durch spanende Metallbearbeitungsverfahren: Drehmaschinen 44 Prozent, Hobel-, Stoß- und Fräsmaschinen 15 Prozent sowie Schleif-, Schraubenschneidmaschinen und dergleichen 20 Prozent.

Der Begriff „Fertigungstechnik“ setzte sich ab 1920 mehr und mehr durch. Grundlage dafür bildete auch die Ausstrahlung des 1904 in Berlin begründeten ersten fertigungstechnischen Lehrstuhl Deutschlands, des Ordinariat für „Werkzeugmaschinen und Fabrikbetriebe“. Er begründete damit auch die Technikwissenschaft „Fertigungstechnik“. Eine erste Verfahrensgliederung ist im VDI-Jahrbuch von 1936 enthalten, wobei die „Fertigung“ in spanende und spanlose Formung sowie Form bindende, Oberflächen behandelnde und Gefüge verändernde Arbeitsverfahren aufgegliedert wird. Nach dem 2. Weltkrieg kam es besonders zur Entwicklung der unter dem Begriff „Elektrotechnologien“ bekannten progressiven Fertigungsverfahren, wie elektrothermische Verfahren, Elektrostrahlverfahren, elektrochemische Verfahren, elektromechanische Verfahren (Tafel 2: Übersicht über elektrotechnologische Verfahren). Die Grundvoraussetzungen dieser Bearbeitungsverfahren schuf vor über 170 Jahren Michael Faraday (1791 bis 1867) in den Jahren 1833/1834 durch seine Arbeiten auf dem Gebiet der Stoffumsetzung bei Elektrolysevorgängen („Faraday Gesetze“). Und mit den aufgenommenen Thesen zur elektrochemischen Metallbearbeitung (ECM) und zu den elektrotechnologischen Kombinationsverfahren (EC-KV), Seiten __ bis __, sollen die nachhaltige Einflussnahme in der modernen Metallfertigung herausgestellt werden.

- 6 - Werkstoffe,Werkzeuge, Materialbearbeitungsverfahren bzw. -techniken vom

Anbeginn bis in das zwanzigste Jahrhundert unserer Zeitrechnung.

v. u. Z.:

100 000 Verwendung von rohen Steinwerkzeugen, ersten primitiven Hilfsmitteln,

bis 50 000 Haushaltgeräten und Jagdwaffen

nach 40 000 Verwendung von bearbeiteten Steinwerkzeugen und ersten Beilen beginnt um 20 000 Steinsägen treten auf um 18 000 Knochennadeln werden eingesetzt

um 10 000 gediegene Kupferperle datiert den Beginn der Metallnutzung vor 8 000 Steinhämmer mit Stiel werden geschaffen

8 000 bis 6 000 Bearbeitung der gediegenen Metall Gold, Silber, Kupfer setzt ein etwa 5 000 Beginn der der Kupfermetallurgie in Vorderasien 6 000 bis 4 000 Schmelzen, Gießen, Schmieden kommt auf, Eisenperlen, Eisenamulette, Eisenmesserklingen werden gefertigt um 4 000 Hartlöten in Ägypten und Mesopotamien in Anwendung,

3 745 Golddrahtherstellung ist im Orient bekannt um 3 500 Schmelzschweißen von Blei ist bekannt, Nägel werden benutzt und Pflüge sind im Einsatz

um 3 400 in Ur wird Hartlöten beherrscht, Bleilöten in der El-Obeid-Kultur breitet sich aus

um 3 000 Fiedel-Drehbank, Bronze-Werkzeuge, z. B. Keile (Ägypten), Sichern

2 800 Ketten werden gefertigt (Ägypten), älteste Lötung einer Sibervase 2 650 Grabeinlagen der Prinzessin Schubad bestätigen hohe Kunst der Gold-und Silberschmiede für reine Metalle und ihre Legierungen 2 600 Schatz des Priamos weist glanzvolle Leistungen der Schmiedetechnik

um 2 500-2 000 Beginn der Eisengewinnung, Einsatz des Blasebalges fängt an, Weichlöten von Gold, Silber, Kupfer und Bronze wird beherrscht um 2 000 Feuer- oder Hammerschweißen bei der Eisenbearbeitung beginnt um 1 500 Schmiede verwenden Hammerschweißung (Kleinasien)

um 1 470/1 475 älteste Abbildung für fortgeschrittenen Blasebalg entsteht, Nachweis ist Wandmalerei im Grab des ägyptischen Stadthalters Rekhmara um 1 340 Eisendolche werden poliert

1 200 bis 900 Eisen wird wohlfeilstes Metall und beginnt die Bronze zu besiegen 1 000 Stahl wird zuerst im Orient bekannt, Indischer Wutzstahl wird zu

Tafel 1: Werkstoffe, Werkzeuge, Materialbearbeitungsverfahren bzw. -techniken vom Anbeginn bis in das zwanzigste Jahrhundert unserer Zeitrechnung.