DE10228433A1

DE10228433A1 - Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten von Werkstücken

Info

Publication number: DE10228433A1
Application number: DE2002128433
Authority: DE
Inventors: Fritz-Herbert Frembgen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-22

Abstract

Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken (10) bei, dem zwischen Werkzeug (12) und Werkstück (10) ein Arbeitsspalt (30) gebildet wird, durch den eine Elektrolytflüssigkeit fließt, und das Werkstück (10) als Anode und das Werkzeug (12) als Kathode an mindestens eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei die Spaltspannung in Abhängigkeit des sich während der Bearbeitung vergrößernden Arbeitsspaltes (30) laufend vergrößert wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spaltspannung über 50 Volt hinaus, insbesondere bis etwa 100 Volt, oder darüber hinaus, erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken, bei dem zwischen Werkzeug und Werkstück ein Arbeitsspalt gebildet wird, durch den eine Elektrolytflüssigkeit fließt, und das Werkstück als Anode und das Werkzeug als Katode an mindestens eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei die Spaltspannung in Abhängigkeit des sich während der Bearbeitung vergrößernden Arbeitsspaltes laufend vergrößert wird.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der EP 0 491 220 B1 bekannt. Beim elektrochemischen Bearbeiten fällt bei gleichbleibender Spaltspannung zwischen Werkzeug und Werkstück die Stromstärke entsprechend dem größer werdenden Spaltabstand also aufgrund des ansteigenden Widerstandes, ab. Hierdurch wird die Abtrageleistung reduziert. Um diesen Effekt auszugleichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Spannung entsprechend zu erhöhen, wodurch die Stromstärke gleich bleibt oder auch erhöht wird.
Aus der europäischen Patentschrift ist es bekannt, die Spannung maximal bis 19,8 Volt ansteigen zu lassen. Durch diese maximale Obergrenze ist die Stromstärke begrenzt und beträgt bei dem bekannten Verfahren maximal ca. 264 Ampere. Der maximal möglichen Abtrageleistung sind somit enge Grenzen gesetzt, so dass eine lange Bearbeitungszeit hingenommen werden muss.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die Abtrageleistung wesentlich zu erhöhen und damit die Bearbeitungsdauer zu verkürzen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Spaltspannung über 50 Volt hinaus, insbesondere bis etwa 100 Volt, oder darüber hinaus, erhöht wird. Durch diese Maßnahme wird die Bearbeitungszeit proportional zur Spaltspannungserhöhung reduziert. Dies hat zur Folge, dass auf einer Bearbeitungsanlage mehr Werkstücke pro Zeiteinheit bearbeitet werden können. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass aufgrund der mit der Spaltspannungserhöhung einhergehender erhöhten Stromstärke, eine wesentlich besseres Bearbeitungsergebnis erzielt werden kann. Die Rauhigkeit der Werkstückoberfläche nimmt nämlich bei den nun möglichen starken Stromstärken ab.
Die maximal mögliche Spaltspannung wird beispielsweise dadurch begrenzt, dass die Elektrolytflüssigkeit im Arbeitsspalt zu sieden beginnt und sich der Widerstand aufgrund der entstehenden Turbulenzen unkontrolliert verhält. Weiterhin kann es aufgrund der hohen Temperaturen der Elektrolytflüssigkeit zu Schädigungen des Werkzeugs kommen, was fatale Kostenfolgen mit sich bringt. Diese mit sehr hohen Elektrolytflüssigkeitstemperaturen verbundenen Probleme werden durch eine erste Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden, nämlich dadurch dass die Zuflusstemperatur der Elektrolytflüssigkeit geregelt wird, insbesondere am Anfang des Bearbeitungsprozesses auf Betriebstemperatur erhitzt und im Laufe des Verfahrens in etwa auf dieser Temperatur gehalten wird. Die anfängliche Erhitzung der Elektrolytflüssigkeit dient dazu, den optimalen Betriebszustand möglichst schnell zu erreichen.
Da die Schwierigkeiten bei der Bearbeitung des Werkstücks aufgrund des sich unkontrolliert verhaltenden Widerstandes ab Erreichen des Siedepunktes der Elektrolytflüssigkeit eintreten ist es gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Betriebstemperatur knapp unter dem Siedepunkt der Elektrolytflüssigkeit liegt. Es kann aber selbstverständlich auch jede andere Temperatur als Betriebstemperatur gewählt werden.
Es ist besonders vorteilhaft, dass zur Temperaturerhöhung bzw. -senkung ein Durchlauferhitzer/-kühler verwendet wird. Diese Maßnahme eröffnet die Möglichkeit, die Elektrolytflüssigkeit mit ein und demselben Gerät zu erhitzen bzw. zu kühlen.
Es ist auch denkbar, zur Temperaturerhöhung bzw. -senkung eine Mischbatterie mit mindestens zwei getrennten Becken mit Elektrolytflüssigkeit unterschiedlicher Temperatur zu verwenden.
Von besonderem Vorteil ist es, dass direkt die Werkstücktemperatur geregelt insbesondere gesenkt oder erhöht wird. Dies eröffnet die Möglichkeit unmittelbar am Werkstück und damit an der Reaktionsstelle auf die Elektrolytflüssigkeitstemperatur einwirken zu können.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit hinter der Bearbeitungsstelle zu messen. Ein großer Vorteil besteht darin, eventuelle Verschmutzungen des Arbeitsspaltes unmittelbar feststellen zu können, da die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit aufgrund des enger werdenden Bearbeitungsspaltes sprunghaft ansteigt. Ist dies der Fall, kann die Bearbeitung sofort unterbrochen werden, um Schäden am Werkzeug zu verhindern. Die Zeitspanne bis zur Detektion der Temperaturerhöhung wird durch das Messen der Temperatur hinter der Bearbeitungsstelle reduziert, da die Elektrolytflüssigkeit bis zur Temperaturmessstelle nur einen sehr geringen Weg zurücklegen muss.
Die Erfindung beinhaltet weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des geschilderten Verfahrens, mit einer Gleichstromquelle, einer Messvorrichtung zur Messung der anliegenden Spaltspannung, einen Werkstückhalter, einem in diesen Werkstückhalter mündenden Elektrolytflüssigkeitszuflusskanal, einem Elektrolytflüssigkeitsabflusskanal und einer Temperaturmessvorrichtung.
Bei den bekannten Vorrichtungen ist die maximale Bearbeitungsgeschwindigkeit beschränkt.
Diese kann erfindungsgemäß dadurch erhöht werden, dass die Temperaturmessvorrichtung in Strömungsrichtung der Elektrolytflüssigkeit hinter dem Werkstück, insbesondere im Elektrolytflüssigkeitsabflusskanal, angeordnet ist, und dass eine Vorrichtung zur Regelung der Elektrolytflüssigkeitstemperatur im Elektrolytflüssigkeitskreislauf integriert ist. Mit Hilfe der Vorrichtung zur Regelung der Elektrolytflüssigkeitstemperatur kann die Elektrolytflüssigkeit zu Anfang der Bearbeitung auf Betriebstemperatur erhöht und im weiteren Verfahren auf dieser gehalten werden. Die maximale Betriebstemperatur wird durch den Siedepunkt der Elektrolytflüssigkeit begrenzt. Durch die Anordnung der Temperaturmessvorrichtung in Strömungsrichtung der Elektrolytflüssigkeit hinter dem Werkstück wird erreicht, dass mögliche Spaltverschmutzungen sofort detektiert werden können.
Damit besonders schnell auf die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit beim Bearbeitungsprozess eingewirkt werden kann, ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Regelung der Elektrolytflüssigkeitstemperatur im Elektrolytflüssigkeitszuflusskanal angeordnet ist.
Der fließende Gleichstrom wird normalerweise durch Gleichrichter aus einem Wechselstrom gewonnen. Um die Gefahr für mit der Bearbeitung betrauter Personen bei den verwendeten hohen Spannungen auszuschließen, ist vorteilhafterweise eine Schutzvorrichtung, insbesondere eine Schutzummantelung mit Sichtfenster um die Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen:
1: Eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum elektrochemischen Entgraten eines Werkstücks,
2: eine Schnittansicht mit Darstellung des Arbeitsspaltes zwischen Werkzeug und Werkstück zu Beginn des elektrochemischen Rundungsvorgangs, und
3: eine Schnittdarstellung ähnlich 2, jedoch nach erfolgter Bearbeitung des Werkstücks.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient zum Entgraten eines Werkstücks 10. Das Werkstück 10 ist von oben in einen Werkstückhalter 12 eingesetzt und weist eine Querbohrung 14 auf, welche innen zu entgraten ist. Ein weiteres Einsatzgebiet der gezeigten Vorrichtung ist beispielsweise das Aushöhlen von Einspritzdüsen für Dieselmotoren. Das Werkzeug 16 ragt in das Innere des Werkstückes 10 hinein. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 16 mit einer Ringelektrode ausgestattet. Am Werkzeug 16 ist ein Stromanschluss 18 vorgesehen und als Kathode an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Auf dem Werkstück 10 befindet sich ein Anodenkontakt 20. Elektrolytflüssigkeit strömt durch einen Elektrolytflüssigkeitszuflusskanal 22 in das Innere des Werkstückhalters 12, durchströmt den Arbeitsspalt zwischen der Ringelektrode des Werkzeuges 16 und dem Werkstück 10 und tritt durch die Querbohrungen 14 im Werkstück 10 in einen Elektrolytflüssigkeitsabflusskanal 26. Im Auslasskanal befindet sich eine Temperaturmessvorrichtung 28. Ebenfalls im Elektrolytflüssigkeitskreislauf ist eine Vorrichtung 32 zur Regelung der Elektrolytflüssigkeitstemperatur integriert.
Durch die hohen, am Arbeitsspalt 30 anliegenden Spaltspannungen und die dadurch erhöhten Stromstärken wird die Abtragungsleistung wesentlich erhöht. Die ansteigende Stromstärke hat eine Temperaturerhöhung der Elektrolytflüssigkeit zur Folge, die mittels der Temperaturmessvorrichtung 28 gemessen wird. Der festgestellte Ist-Wert wird mit einem der Betriebstemperatur entsprechendem Soll-Wert verglichen. Dann wird die Elektrolytflüssigkeitstemperatur mittels der Temperaturregelungsvorrichtung 30 auf die Soll-Betriebstemperatur herabgekühlt bzw. erhitzt. Die Betriebstemperatur liegt knapp unter dem Siedepunkt, vorzugsweise in etwa 5% unterhalb des Siedepunktes der Elektrolytflüssigkeit. Wenn es sich bei dem Elektrolyt um eine Salzlösung handelt, kann die Temperatur auch bei speziellen Anwendungsfällen unter 0° Celsius abgesenkt werden.
Die 2 und 3 zeigen vereinfacht den zwischen Werkzeug 16 und Werkstück 10 gebildeten Arbeitsspalt 30. Das Werkzeug 16 dient zur Kantenrundung des Werkstückes. 2 zeigt die Form des Werkstückes und den Arbeitsspalt 30 zu Beginn des Abtragungsprozesses. 3 zeigt die Verhältnisse am Ende des Bearbeitungsvorgangs. Da sich der Arbeitsspalt 30 von z.B. 0,3 mm auf etwa 0,5 mm verbreitert, muss die anliegende Spaltspannung erhöht werden, um das Absinken der Stromstärke zu verhindern. Efindungsgemäß wird die Spaltspannung über 50 Volt hinaus, insbesondere bis etwa 100 Volt, oder darüber hinaus, erhöht.

1: Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten von
: Werkstücken
10: Werkstück
12: Werkstückhalter
14: Querbohrung
16: Werkzeug
18: Stromanschluss
20: Anodenkontakt
22: Elektrolytflüssigkeitszuflusskanal
26: Elektrolytflüssigkeitsabflusskanal
28: Temperaturmessvorrichtung
30: Arbeitsspalt
32: Temperaturregelungsvorrichtung

Claims

Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken, bei dem zwischen Werkzeug und Werkstück ein Arbeitsspalt gebildet wird, durch den eine Elektrolytflüssigkeit fließt, und das Werkstück als Anode und das Werkzeug als Kathode an mindestens eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei die Spaltspannung in Abhängigkeit des sich während der Bearbeitung vergrößernden Arbeitsspaltes laufend vergrößert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltspannung über 50 V hinaus, insbesondere bis etwa 100 V, oder darüber hinaus, erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuflusstemperatur der Elektrolytflüssigkeit geregelt wird, insbesondere am Anfang des Bearbeitungsprozesses auf Betriebstemperatur erhitzt und im Laufe des Verfahren in etwa auf dieser Temperatur gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur knapp unter dem Siedepunkt der Elektrolytflüssigkeit liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturerhöhung bzw. -senkung mindestens ein Durchlauferhitzer/-kühler (32) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturerhöhung bzw. -senkung eine Mischbatterie, oder eine andere Ventilanordnung, mit mindestens zwei getrennten Becken mit Elektrolytflüssigkeit unterschiedlicher Temperatur verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücktemperatur geregelt, insbesondere gesenkt oder erhöht, wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit hinter der Bearbeitungsstelle gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eventuelle Spaltverschmutzungen durch die Messung der Elektrolytflüssigkeitstemperatur detektiert werden.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, mit mindestens einer Gleichstromquelle, mindestens einer Messvorrichtung zur Messung der anliegenden Spaltspannung, mindestens einem Werkstückhalter, mindestens einem in diese/diesen Werkstückhalter mündenden Elektrolytflüssigkeitszuflusskanal, mindestens einem Elektrolytflüssigkeitsabflusskanal und mindestens einer Temperaturmessvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessvorrichtung (28) in Strömungsrichtung der Elektrolytflüssigkeit hinter dem Werkstück, insbesondere im Elektrolytflüssigkeitsabflusskanal (26), angeordnet ist, und dass mindestens eine Vorrichtung (32) zur Regelung der Elektrolytflüssigkeitstemperatur im Elektrolytflüssigkeitskreislauf integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (32) zur Regelung der Elektrolytflüssigkeits temperatur im Elektrolytflüssigkeitszuflusskanat (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzvorrichtung, insbesondere eine Schutzummantelung mit Sichtfenstern vorgesehen ist.