ECM - Elektrochemische Metallbearbeitung und EC-Kombinationsverfahren

Inhaltsverzeichnis

Prolog.

Beitrag zum 85. Geburtstag von Herrn Prof. Dr. rer. nat. sc. techn. Hans Wicht.

Wiedergabe und Zitate aus ausgewählten Veröffentlichungen.

Exzerpt zu dem Punkt einige Aspekte zur Entwicklung der elektrochemischen Metallbearbeitung und zu ihrem historischen Werdegang

Anwendungsmöglichkeiten der Elysiertechnik

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

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.

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 Rožkov 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.

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

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.

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