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.

---

- 10 ­

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

---