DE2828993C2 - Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung eines Düsenkörpers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Duesenkoerper mit einer Innenmantelflaeche, deren Steigung bezueglich einer Symmetrieachse variabel und insbesondere gegenlaeufig ausbildbar ist, wobei auf einem zuvor gefertigten Grundkoerper von der Negativform des Duesenkoerpers eine elektrolytische Metallabscheidung als Duesenkoerperpositiv aufgebracht und danach der Grundkoerper auf chemischem oder mechanischem Wege herausgeloest wird. Der Grundkoerper wird aus mehreren Teilen gefertigt. Die Teile werden derart gegeneinander ausgerichtet, dass jeweils die Spitze eines Teiles in einer Ausnehmung koaxial zur Symmetrieachse entweder der Spitze oder der Grundflaeche eines anderen Teiles zentriert und gehaltert wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die mit dem erfindungsgemaessen Verfahren hergestellten Duesenkoerper zur Erzeugung eines Clusterstrahls oder zur Buendelung von Materiestrahlen geeignet sind. en. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass de

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung eines Düsenkörpers zur Erzeugung eines Cluster-Strahls oder zur Bündelung von Materiestrahlen mit einer Innenfläche, deren Steigung bezüglich einer Symmetrieachse variabel und insbesondere gegenläufig ausbildbar ist, wobei auf einem mehrteiligen Grundkörper von der Negativform eines 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 Materialstrahlung, 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 14 Arbeitstage. 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 40 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.

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

Die gaivanoplastische Herstellung von Bauteilen der verschiedensten Formen ist seit längerer Zeit üblich, wie z.B. aus der DE-AS 20 15 024 hervorgeht Allerdings

ίο handelt es sich hierbei um Brennkammern oder Schubdüsen von Flugobjekten, bei deren Herstellung es nicht auf Fertigungstoleranzen von μπι oder weniger ankommt. Auch ist es nicht erforderlich, bei der Herstellung solcher Düsen zur Erhaltung von regelmä ßigen, scharfen Kanten über den gesamten Innendurch messer hinweg, geteilte, axial ausgebildete Kerne zu verwenden, wie iie z.B. in der US-PS 34 67 583 beschrieben sind. Die Schwierigkeiten bei der Herstellung von Düsen geringster Durchmesser (z. B. 0,1 mm und kleiner) nach dem galvanoplastischen Verfahren bestehen jedoch in der Maßgenauigkeit des Grundkörpers, insbesondere bei Übergängen an kritischen Stellen nahe der engsten Düsenquerschnitte, an denen sich die Steigung bezüg-

;»5 Hch der Rotationssymmetrieachse des Düsenkörpers bzw. des Grundkörpers ändert oder umkehrt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Ausbildung einer umlaufenden Kante auf der Innenfläche die Teile des Grundkörpers derart

jü gegeneinander ausgerichtet werden, daß jeweils die Spitze des einen Teiles in eine Ausnehmung koaxial zur Symmetrieachse entweder der Spitze oder der Grundfläche des anderen Teiles zentriert bis zur Anlage eingeführt und in dieser Stellung gehaltert wird.

!5 Die Erfindung wird im folgenden mittels der Fi g. 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,

F i g. ja bis f verschiedene Typen von exotischen Düsenkörpern und Fig. 4 eine Mikroskopaufnahme eines engsten

Düsenquerschnittes.

Der Werdegang z. B. einer Clusterstrahldüse 1 (siehe Fi g. 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 ge wünschten Strahldüse 1 wird zunächst ein Negativ 2, 3 und 4, 5 aus Aluminium (AICuMgPb 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 5 ausgerichtet. Die Außenmantelfläche 7 der beiden Teile 2 und 3 ergibt bei der fertigen Düse (siehe Fig. Idund e)die Innenmantelfläche.

Wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, besteht das

bo 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

o5 auf Hochglanz poliert, um eine möglichst geringe Oberflächenrauhigkeit der späteren Diisenwandung (Innenmantelfläche 7) zu erhalten. Die Maßhaltigkeit des engsten Düsenquerschnitts 8 wird durch die

Bohrung 9, welche koaxial zur Rotationssymmetrieachse 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 werden kann. Die Ausnehmung 9 braucht nicht unbedingt in der Spitze il 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.

In Fig. Ib wird auf das Negativ 2 bis 5 eine Kupferschicht 12 aufgalvanisiert (mit einer Vorrichtung, welche nicht näher dargestellt ist). Die aufgalvanisierte Kupferschicht 12 bildet hierbei das nichtbearbeitete Positiv der herzustellenden Düse 1. Die Außenfläche 13 wird auf die erforderlichen Außenmaße überdreht. In F i g. 1 c ist dargestellt, wie dann der Grundkörper 2 bis 5 mit der aufgalvanisierten Positivschicht 12 mechanisch voneinander getrennt werden. Die beiden Teile 4 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 Fluorkohlenwasserstoffen wird dk Düse 1 bis in den kleinsten Querschnitt 8 (siehe Fig. 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 Tauschen 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 F i g. 1 d) eingelötet zu werden.

hi Gemäß diesem Verfahren können exotische Düsen ebenfalls hergestellt werden. Dies wird aus der F i g. 3 ersichtlich, die mit ihren Teilfiguren a bis f in der Folge eine Trompetendüse, eine Glockendüse, eine Kegeldüse, eine Trompetendüse mit Ringabschäler, eine Kegeldüse

π mit Ringabschäler und eine Düse mit Nachexpansion zeigen. Hierbei kann die Düse 1 jeweils in einer speziellen Halterung 14 befestigt sein.

Die F i g. 4 zeigt eine Mikroskopaufnahme der Düse 1 mit dem engsten Düsenquerschnitt 8 im Falle einer

.'(i 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 Nachbildungen eines vorgegebenen Düsenprofils, insbesondere

:"i auch mil 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

in leicht hergestellt werden, die sich bisher mechanisch besonders schwer bearbeiten ließen, deren gute Wärmeleitfähigkeit jedoch erwünscht war.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung eines Düsenkörpers zur Erzeugung eines Cluster-Strahls oder zur Bündelung von Materiestrahlen mit einer Innenmantelfläche, deren Steigung bezüglich einer Symmetrieachse variabel und insbesondere gegenläufig ausbildbar ist, wobei auf einem mehrteiligen Grundkörper von der Negativform eines Düsenkörpers eine elektrolytische Metallabscheidung als Düsenkörperpositiv aufgebracht und danach der Grundkörper auf chemischem oder mechanischem Wege herausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung einer umlaufenden Kante (8) auf der Innenfläche (7) die Teile (2 und 3) des Grundkörpers derart gegeneinander ausgerichtet werden, daß jeweils die Spitze (10) des einen Teiles (2) in eine Ausnehmung (9) koaxial zur Symmetrieachse (6) entweder der Spitze (11) oder der Grundfläche des anderen Teiles (3) zentriert bis zur Anlage eingeführt und in dieser Stellung gehaltert wird.