DE2828993A1 - Verfahren zur galvanoplastischen herstellung eines duesenkoerpers - Google Patents

Description

Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH

Karlsruhe, den 29. Juni 78 PLA 78 28 Ga/wk

Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung eines Düsenkörpers

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Beschreibung :

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung eines Düsenkörpers mit einer Innenmantelfläche, deren Steigung bezüglich einer Symmetrieachse variabel und insbesondere gegenläufig ausbildbar ist, wobei auf einem zuvor gefertigten Grundkörper von der Negativfora des Düsenkörpers eine elektrolytische Metallabscheidung als Düsenkörperpositiv aufgebracht und danach der Grundkörper auf chemischem oder mechanischem Wege herausgelöst wird.

Für die Erzeugung von intensiven Cluster-Strahlen bzw. zur Bündelung von Materiestrahlung, zeigt es sich, daß insbesondere die Düsengeometrie ein wichtiger Parameter ist. Die herkömmliche Herstellung von Metalldüsen stellt sich wegen den Anforderungen an die gewünschte Geometrie, Oberflächengüte, Reproduzierbarkeit und Stückzahl als sehr schwierig heraus. Nach dem herkömmlichen Herstellungsverfahren benötigt nämlich ein guter Spitzendreher z.B. für eine Trompetendüse aus Kupfer etwa 12 bis 1^1 Arbeits.-tage. Ein Ausschuß ist hierbei nicht mitgerechnet, was aber bei solch einem komplizierten Drehteil mit engsten Bohrungen auch kleiner 0,1 mm Durchmesser bei 20 bis kO mm Tiefe durchaus keine Seltenheit ist.

Ebenso erweist sich der Einsatz von Glasdüsen aufgrund der Schwierigkeit bei der genauen Nachbildung einer vorgegebenen Form und bei der Fassung der Düsen, insbesondere bei tiefen Temperaturen, als wenig geeignet. Auch stellt die schlechtere Leitfähigkeit des Glases gegenüber Metallen u.U. ein zusätzliches Problem dar.

Die Herstellung von Metalldüsen, insbesondere von Kupferdüsen, mittels eines an sich bekannten galvanoplastischen Verfahrens wird allen Anforderungen gerecht, wenn die Genauigkeit der Nachbildung einer vorgegebenen Form, die Oberflächengüte, die Stückzahl'und die Zuverlässigkeit des Verfahrens mit einem sehr geringen Ausschuß' gewährleistet ist.

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Unter einen Galvanoplastikverfahren wird hierbei in der einschlägigen Fachwelt eine elektrolytische Metallabscheidunn in dickeren Schichten auf einen zuvor gefertigten metallischen oder nichtmetallischen Grundkörper (Negativ) verstanden. In allgemeinen besteht das abzuscheidende Material aus Kupfer oder Nickel. Der verfahrenstechnische apparative Aufwand ist nur' geringfügig größer als bei der dekorativen Metallveredelung.

Die Schwierigkeiten bei der Herstellung von Düsen geringster Durchmesser (z.B. O₃I mm und kleiner) nach den galvanoplastischen Verfahren bestehen in der Maßgenauigkeit des Grundkörpers, insbesondere bei Übergängen an kritischen Stellen nahe der engsten Düsenquerschnitte, an denen sich die Steigung bezüglich der Rotationssymmetrieachse des Düsenkörpers bzw. des Grundkörpers ändert oder umkehrt.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, ein Verfahren zu bieten, mit dem ein Grundkörper für einen nach dem galvanoplastischen Verfahren herzustellenden Düsenkörper exakt, insbesondere mit exakten übergängen, gefertigt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Grundkörper aus mehreren Teilen gefertigt wird, und daß di.e Teile derart gegeneinander ausgerichtet werden, daß jeweils die Spitze eines Teiles in einer Ausnehmung koaxial zur S.ymraetrieachse entweder der Spitze oder der Grundfläche eines anderen Teiles zentriert und gehaltert wird.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Düsenkörper zur Erzeugung eines Clusterstrahls oder zur Bündelung von Materiestrahlen geeignet sind.

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Die Erfindung wird im folgenden mittels der Fig. la bis e, 2, 3a bis f und 4 anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Hierbei zeigen die

Fig. la bis e die einzelnen Schritte der Herstellung eines Düsenkörpers,

Fig. 2 einen kritischen Übergang eines Grundkörpers, Fig. 3a bis f verschiedene Typen von exotischen Düsenkörpern und

Fig. h eine Mikroskopaufnahme eines engsten Düsenquerschnittes.

Der V/erdegang z.B. einer Clusterstrahldüse 1 (siehe Fig. Id) vom Negativ 2, 3 bis zur fertigen Düse 1 ist in den Fig. la bis e am Beispiel einer Trompetendüse Schritt für Schritt zusammengestellt. Von der"gewünschten Strahldüse 1 wird zunächst ein Negativ 2, 3 und 4, 5 aus Aluminium (AlCuMgPb kurzspanende Automatenlegierung) gemäß Fig. la angefertigt. Die Teile 4 und 5 dienen zur Halterung des Negativs 2, 3 in einer Zentriervorrichtung für die anschließende Galvanisierung. Alle Teile 2 bis 5 sind auf einer Rotationssymmetrieachse 6 ausgerichtet. Die Außenmantelfläche 7 der beiden Teile 2 und 3 ergibt bei der fertigen Düse (siehe Fig. Id und e) die Innenmantelfläche.

Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, besteht das Düsennegativ 2, 3 im einfachsten Fall aus den zwei zusammenzufügenden Teilen 2 und 3, da aus statischen Gründen die beiden divergenten Teile (Düseneinlauf und Düsenauslauf) nicht als Einheit gefertigt werden können. Die Oberfläche des Negativteils 2 und 3 wird auf Hochglanz poliert, um eine möglichst geringe Oberflächenrauhigkeit der späteren Düsenwandung (Innenmantelfläche 7) zu erhalten. Die Maßhaltigkeit des engsten Düsenquerschnitts 8 wird durch die Bohrung 9, Vielehe koaxial zur Rotations Symmetrieachse 6 ausgerichtet ist, bestimmt. In sie wird die Spitze 10 des einen Teils 2 des Negativs zentriert eingebracht und gehaltert. Hierbei läßt sich das endgültige Maß des engsten Düsenquerschnitts. 8 durch mehr oder weniger starkes Zusammenfügen der beiden Teile 2 und 3 bis zu 0,01 mm im Durchmesser variieren, was mit Hilfe eines Mikroskops beobachtet und vermessen v/erden kann. Die Ausnehmung 9 braucht nicht unbedingt in der Spitze 11 des Teiles 3 eingefügt sein; der Teil 3 kann auch mit seiner Grundfläche, die senkrecht oder im stumpfen Winkel zur Rotationssymmetrieachse 6 steht, · der Spitze 10 des Teiles 2 gegenüberstehen.

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In Pig. Ib wird auf das Negativ 2 bis 5 eine Kupferschicht 12 auf galvanisiert (mit einer Vorrichtung, -.,-«lche nicht näher dar- [•cszzllt ist). Die aufgalvanisierte Kupferschicht 12 bildet hierbei das nichtbearbeitete Positiv der herzustellenden Düse 1. Die Außenfläche 13 wird auf die erforderlichen Außenmaße überdreht. In Fig. Ic ist dargestellt, wie dann der Grundkörper 2 bis 5 mit der aufgalvanisierte Positivschicht 12 mechanisch voneinander getrennt ^werden. Die beiden Teile k und 5 des Grundkörpers werden hierbei von den Teilen 2 und 3 und einem Teil der Positivschicht 12, welche das Düsenkörperpositiv 1 darstellt, getrennt.

Das Ausätzen des Negativkörpers mit den Teilen 2 und 3 erfolgt in einem Bad' von 1 bis 2 Liter ca. 25 ^iger Ätznatronlauge. Je nach Düsengeometrie dauert dieser Vorgang 2 bis 6 Stunden. Durch Reinigen im Ultraschallbad mit Kaltron wird die Düse 1 bis in den kleinsten Querschnitt 8 (siehe Pig. Id) mit einem Durchmesser von 0,1 mm von dem restlichen Aluminiumschlamm befreit und es entsteht das endgültige Düsenpositiv 1 nach Fig. Id. Durch anschließendes kurzzeitiges Tauchen in Glanzbeize wird die Oberfläche 7 und 13 vollkommen blank und weist jetzt dieselbe Oberflächengüte wie am früheren Negativ 2, 3 auf. Zusätzlich kann die Innenoberfläche 7 durch chemischen Auftrag gehärtet werden.

Je nach technischem Einsatz braucht das Düsenpositiv 1 nur noch in eine dafür bestimmte Halterung 14 (siehe Fig. Id) eingelötet zu v/erden.

Gemäß diesem Verfahren können exotische Düsen ebenfalls hergestellt werden. Dies wird aus der Fig. 3 ersichtlich, die mit ihren Teilfiguren a bis f in der Folge eine Trompetendüse, eine Glockendüse, eine Kegeldüse, eine Trompetendüse mit Ringabschäler, eine Kegeldüse mit Ringabschäler und eine Düse mit Nachexpansion zeigen. Hierbei kann die Düse 1 jeweils in einer speziellen Halterung I¹) befestigt sein.

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Die Fig. ^l zeigt eine Mikroskopaufnahme der Düse 1 mit dem engsten Düsenquerschnitt 8 im Falle einer trompetenförmigen Geometrie. Der Durchmesser des engsten Düsenquerschnittes 8 beträgt 0,035 mm und zeigt, wie exakt das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet. Mit der Erfindung können exakte Nachbil- · düngen eines vorgegebenen Düsenprofils,"insbesondere auch mit ^kritischen Stellen und übergängen, hergestellt werden. Eine gute Oberflächenbeschaffenheit im Inneren, d.h. dem Innenmantel 7> der Düse 1 ist auch in der Nähe von engsten Düsenquerschnitten 8 gewährleistet. Mit der Erfindung können auch Düsen 1 aus Kupfer leicht hergestellt werden, die sich bisher mechanisch besonders schwer bearbeiten ließen, deren gute Wärmeleitfähigkeit jedoch erwünscht war.

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Leerseite

Claims (2)

1. Kernforschungszentrum Karlsruhe, den 29.6.78

   Karlsruhe GmbH PLA 7828 Ga/rd

   Patentansprüche :

   IJ Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung eines Düsenkörpers mit einer Innenmantelfläche, deren Steigung bezüglich «iner Symmetrieachse variabel und insbesondere gegenläufig ausbildbar ist, wobei' auf einem zuvor gefertigten Grundkörper von der Negativform des Düsenkörpers eine elektrolytische Metallabscheidung als Düsenkorperpositiv aufgebracht und danach der Grundkörper auf chemischem oder mechanischem Wege herausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2, 3) aus mehreren Teilen gefertigt wird, und daß die Teile (2 u. 3) derart gegeneinander ausgerichtet werden, daß jeweils die Spitze (10) eines Teiles (2) in einer Ausnehmung (9) koaxial zur Symmetrieachse (6) entweder der Spitze (11) oder der Grundfläche eines anderen Teiles (3) zentriert und gehaltert wird. '
2. 2. Verwendung des Düsenkörpers nach Anspruch 1 zur Erzeugung eines ClusterStrahls oder zur Bündelung von Materiestrahlen.

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   ORIGINAL INSPECTED